Программная инженерия.Часть II. Учебное пособие

// Целая часть числа

Private double re;

// Мнимая часть числа

Private double im;

// Конструктор с инициализацией public Complex(double i_re, double i_im)

{

re = i_re; im = i_im;

}

// Сложение комплексных чисел

// parComplex1 – Первое комплексное число // parComplex2 – Второе комплексное число

public static Complex operator+(Complex parComplex1, Complex parComplex2)

{

return new Complex(parComplex1.re + parComplex2.re, parComplex1.im + parComplex2.im);

}

}

Листинг 15.10. Использование класса комплексного числа

Complex complex1 = new Complex (1,1); Complex complex2 = new Complex (2,2); Complex complex3 = complex1 + complex2;

Следует особо отметить, что одна из наиболее распространенных ошибок заключается в попытке делать сокрытие реализации только ради сокрытия. Целями, достойными усилий, являются: достижение предельной локализации изменений при их необходимости, прогнозируемость изменений (какие изменения в коде надо сделать для заданного изменения функциональности), прогнозируемость последствий изменений.

Полиморфизм – взаимозаменяемость объектов с одинаковым интерфейсом. Язык программирования поддерживает полиморфизм, если классы с одинаковой спецификацией могут иметь различную реализацию, например, реализация класса может быть изменена в процессе наследования. Кратко смысл полиморфизма можно выразить фразой: «один интерфейс, множество методов».

Полиморфизм позволяет писать более абстрактные программы и повышать коэффициент повторного использования кода. Общие свойства объектов объединяются в систему, которую могут называть по-разному: интерфейс, класс. Общность имеет внешнее и внутреннее выражение.

Внешне общность проявляется как одинаковый набор методов с оди-

наковыми именами и сигнатурами (типами аргументов и результатов).

II Часть | пособие Учебное

ПРОГРАММНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

Внутренняя общность есть одинаковая функциональность методов. Ее можно описать интуитивно или выразить в виде строгих законов, правил, которым должны подчиняться методы.

Возможность приписывать разную функциональность одному методу (функции, операции) называется перегрузкой метода (листинг 15.11).

В приведенном примере листинга 15.11 класс «Operation» определяет виртуальный метод, который подразумевает какое-то арифметическое вычисление с использованием двух переменных и возвращение результата. Класс «Add» является наследником «Operaion» и перегружает метод «Calculate» как операцию сложения двух переменных. Класс «Sub» также является наследником «Operation» и перегружает метод «Calculate» как операцию вычитания.

Листинг 15.11. Пример перегрузки метода для арифметической операции

// Класс для определения произвольной арифметической операции

// с использованием двух переменных

Class Operation

{

//Вычисление произвольной операции с участием двух переменных public virtual float Calculate(float parArgument1, float

}

parArgument2);

// Сложение двух переменных

Class Add : Operation

{

// Сложение с использованием двух переменных public override float Calculate(float parArgument1, float parArgument2)

{

}

}

Return parArgument1 + parArgument2;

//Сложение двух переменных

Class Sub : Operation

{

//Сложение с использованием двух переменных

Public override float Calculate(float parArgument1, Float parArgument2)

{

return parArgument1 – parArgument2;

}

}

В листинге 15.12 представлен простейший пример использования полиморфизма, когда объявляется локальная переменная «operation» с типом родительского класса «Operation» и ей присваивается экземпляр

класса «Add». Данное присвоение разрешается, что является одним из свойств наследования: переменным с типом родительского класса

можно присваивать экземпляры классов-наследников, ноне наоборот. В результате вызова метода «Calculate» переменная «result1» примет значение 2.0f, так как в данный момент переменная «operation» является эк-

земпляром класса «Add», где вычисление определено как сложение. Далее переменной «operation» присваивается значение экземпляра «Sub» и вызов метода «Calculate» возвратит значение 0.0f, как результат вызова метода из класса «Sub».

Листинг 15.12. Простейший пример использования полимор-

физма

Operation operation = new Add();

float result1 = operation. Calculate(1.0f, 1.0f); operation = new Sub();

float result2 = operation. Calculate(1.0f, 1.0f);

Конструктор – специальный метод в объектно ориентированном программировании, служащий для инициализации объекта при его создании (например, выделения памяти). В языках программирования С++, C# или Java конструктором класса называется функция, имеющая то же имя, что и сам класс, и не возвращающая никакого значения. Можно сказать, что конструктором называется тот метод класса, который вызывается автоматически при создании экземпляра класса. В зависимости от варианта объявления различают следующие виды конструктора (листинг 15.13):

–конструктор по умолчанию – конструктор, не имеющий обязательных аргументов; в отсутствие явно заданного конструктора по умолчанию его код генерируется компилятором автоматически при компиляции;

–конструктор копирования – конструктор, аргументом которого является ссылка на объект того же класса; используется для создания экземпляра класса со значениями полей аналогичными копируемому объекту;

–обычный конструктор – объявляется с произвольным количеством параметров, необходимых для инициализации класса.

Листинг 15.13. Пример объявления конструкторов различного вида

// Класс комплексного числа

Class Complex

{

Double re; Double im;

II Часть | пособие Учебное

ПРОГРАММНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

// Конструктор по умолчанию

Public Complex()

{

}

re = 0.0; im = 0.0;

// Конструктор копирования public Complex(Complex obj)

{

}

// Конструктор с инициализацией (обычный конструктор) public Complex(double i_re, double i_im)

{

}

}

Деструктор – специальный метод класса, служащий для деинициализации объекта (например, освобождения памяти). Имя деструктора должно совпадать с именем класса и иметь префикс~. У класса может быть только один деструктор. Деструктор не имеет модификатора доступа и параметров (листинг 15.14).

Листинг 15.14. Пример объявления конструкторов различного вида

// Класс комплексного числа class Complex

{

ouble re; double im;

// Конструктор с инициализацией (обычный конструктор) public Complex(double i_re, double i_im)

{

}

// Деструктор

~Complex()

{

}

}

Виртуальный метод – метод / функция класса, который может быть переопределен в классах-наследниках так, что конкретная реализация метода будет определяться во время исполнения (листинг 15.15).

Листинг 15.15. Пример объявления виртуальных и невиртуаль-

ных функций class Ancestor

{

public virtual void function1 ()

{

Console.WriteLine(“Ancestor.function1()”);

}

public void function2 ()

{

Console.WriteLine(“Ancestor.function2()”);

}

}

class Descendant: Ancestor

{

public override void function1 ()

{

Console. WriteLine (“Descendant.function1()”);

}

public void function2 ()

{

Console. WriteLine (“Descendant.function2()”);

}

}

...

Descendant descendant = new Descendant (); Ancestor ancestor = descendant;

descendant. Function1(); descendant. Function2(); ancestor. Function1(); ancestor. Function2();

Программисту не обязательно знать тип объекта для работы с ним через виртуальные методы, достаточно лишь знать, что объект принадлежит классу или наследнику класса, в котором метод объявлен. Базовый класс может и не предоставлять реализации виртуального метода, а только декларировать его существование. Такие методы без реализации называются «чисто виртуальными» (pure virtual) или «абстрактными». Класс, содержащий хотя бы один такой метод, тоже будет абстрактным.

II Часть | пособие Учебное

Литература

1.Программная инженерия: учебник / В. А. Антипов и др.; под ред.

Б.Г. Трусова. М.: Академия, 2014. 282 с.

2.Соммервилл И. Инженерия программного обеспечения. 6-е изд. / пер. с англ. М.: Изд. дом «Вильямс», 2002. 624 с.

3.Гецци К., Джазаейри М., Мандриоли Д. Основы инженерии программного обеспечения. 2-е изд. / пер. с англ. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 832 с.

Тема 16. ШАБЛОНЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

План

16.1.Описание шаблонов проектирования.

16.2.Принципы работы с шаблонами проектирования.

16.3.Основные типы шаблонов.

16.4.Программные средства.

16.1. Описание шаблонов проектирования

Шаблоны проектирования – это эффективные способы решения характерных задач проектирования, которые проявляются как при проектировании, так и при конструировании. Шаблон не является законченным образцом проекта, который может быть прямо преобразован в код, это описание или образец того, как решить определенную задачу, и чтобы это решение можно было использовать в различных ситуациях. Объектно ориентированные шаблоны определяют отношения и взаимодействия между классами или объектами без определения того, какие конечные классы или объекты приложения будут использоваться. Алгоритмы не рассматриваются как шаблоны, так как они решают задачи вычисления, а не проектирования.

Любой шаблон описывает определенную задачу, которая снова и снова возникает в некоторой работе, а также принцип ее решения, причем таким образом, что это решение можно было использовать сколько угодно раз.

В общем случае шаблон состоит из четырех основных элементов.

1. Имя. Сославшись на имя, можно сразу описать проблему проектирования, ее решения и их последствия. Присваивание шаблонам имен позволяет проектировать на более высоком уровне абстракции. С помощью словаря шаблонов можно вести обсуждение с коллегами, упоминать шаблоны в документации, в тонкостях представлять дизайн систе-

II Часть | пособие Учебное

ПРОГРАММНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

мы. Нахождение хороших имен было одной из самых трудных задач при составлении каталога шаблонов.

2.Задача. Описание того, когда следует применять шаблон. Необходимо сформулировать задачу и ее контекст. Может описываться конкретная проблема проектирования, например, способ представления алгоритмов в виде объектов. Иногда отмечается, какие структуры классов или объектов свидетельствуют о негибком дизайне. Также может включаться перечень условий, при выполнении которых имеет смысл применять данный шаблон.

3.Решение. Описание элементов дизайна, отношений между ними, функций каждого элемента. Не имеется в виду конкретный дизайн или реализация, поскольку шаблон применяется в самых разных ситуациях. Дается абстрактное описание задачи проектирования и того, как она может быть решена с помощью некоторого весьма обобщенного сочетания элементов (классов и объектов).

4.Результаты. Они являются следствием применения шаблона и возможных компромиссов. Зачастую при описании проектных решений

опоследствиях не упоминают, а знать о них необходимо, чтобы можно было сделать выбор между различными вариантами данного шаблона, оценив их преимущества и недостатки.

Шаблон проектирования именует, абстрагирует и идентифицирует ключевые аспекты структуры общего решения, которые позволяют применить его для создания повторно используемого дизайна. Он вычленяет участвующие классы и экземпляры, определяя их роль и отношения, а также функции. При описании каждого из шаблонов внимание акцентируется на конкретной задаче объектно ориентированного проектирования.

Шаблоны проектирования позволяют разными способами решать многие задачи, с которыми постоянно сталкиваются проектировщики объектно ориентированных приложений.

16.2.Принципы работы с шаблонами проектирования

В распоряжение проектировщика предоставлен каталог из более чем 20 шаблонов, и поэтому трудно решить, какой шаблон лучше всего подходит для конкретной задачи.

Можно привести следующие подходы к выбору подходящего шаблона: следует обдумать, как шаблоны решают проблему проектирования; проанализировать назначение шаблонов; изучить взаимосвязи шаблонов; проанализировать шаблоны со сходными целями; разобраться в причинах, вызывающих перепроектирование; посмотреть, что в дизайне должно изменяться.

Работа с шаблонами состоит из следующих этапов.

1.Прочитайте описание шаблона, чтобы получить о нем общее представление.

2.Убедитесь, что понимаете, что представляют собой упоминаемые

вшаблоне классы и объекты и как они взаимодействуют друг с другом.

3.Выберите для участников шаблона подходящие имена. Имена участников шаблона обычно слишком абстрактны, чтобы употреблять их непосредственно в коде. Тем не менее бывает полезно присвоить участнику такое же имя, как в программе. Например, если используется

шаблон «стратегия в алгоритме размещения текста», то классы могли бы называться SimpleLayoutStrategy или TeXLayoutStrategy.

4.Определите классы, объявите их интерфейсы, установите отношения наследования и определите переменные экземпляра, которыми будут представлены данные объекты и ссылки на другие объекты. Выявите имеющиеся в вашем приложении классы, на которые шаблон оказывает влияние, и соответствующим образом модифицируйте их.

5.Определите имена операций, встречающихся в шаблоне. Здесь, как и в предыдущем случае, имена обычно зависят от приложения. Руководствуйтесь теми функциями и взаимодействиями, которые ассоциированы с каждой операцией. Кроме того, будьте последовательны при выборе имен. Например, для обозначения фабричного метода можно было бы всюду использовать префикс «Create».

6.Реализуйте операции, которые выполняют обязанности и отвечают за отношения, определенные в шаблоне.

16.3. Основные типы шаблонов

Приведем краткий обзор шаблонов проектирования (таблица 16.1). Порождающие шаблоны абстрагируют процесс создания экземпляров классов и помогают сделать систему независимой от способа создания, композиции и представления объектов. Шаблоны, порождающие классы, используют наследование, чтобы различать создаваемые экземпляры, а шаблоны, порождающие объекты, поручают создание другим объектам. Данный тип шаблонов важен, когда система больше зависит от композиции объектов, чем от наследования классов. Порождающий шаблон обеспечивает большую гибкость при решении вопроса о том, что создается, кто это создает, как и когда. Можно собрать систему из «готовых» объектов с самой различной структурой и функциональностью статически (на этапе компиляции) или динамически (во время выполнения). В качестве примера можно привести известный шаблон «Фабрика классов», который позволяет порождать объекты одинаковой структуры, но с различными свойствами, используя полиморфные классы (на-

II Часть | пособие Учебное

ПРОГРАММНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

пример, порождение одного и того же лабиринта, с различными свойствами его элементов, в зависимости от класса, который их создает.

Таблица 16.1 Шаблоны проектирования и их краткое описание

Структурные шаблоны служат для рассмотрения вопроса о том, как из классов и объектов образуются более крупные структуры. Структур-