1. بسمه‌تعالي
فصل سيزدهم
الگوهاي طراحي

2. اهداف جلسه بررسی مفاهيم الگوهاي طراحي شناخت کاربردهاي الگوهاي طراحي
آشنايی با چند الگوي طراحي
آشنايي با ضدالگوها (AntiPattern)
معرفي ضدالگوهاي متداول

3. فهرست مطالب عوامل ايجاد الگوي طراحي ساختارهاي طراحي تکرارشونده
مفهوم الگوي طراحي
تاريخچه الگوهاي طراحي
ساختار الگوي طراحي
معرفي چند الگو طراحي
ضدالگوها

4. عوامل ايجاد الگوهاي طراحي
روش‌هاي تحليل و طراحي شي‌گرا تاکيد بسياري بر استفاده از نمادها در طراحي دارند
براي مستندسازي و ذکر خصوصيات مناسب هستند
اما تحليل و طراحي شي‌گرا تنها رسم نمودار نيست
نقاشي خوب دليل بر طراحي خوبي نيست!
طراحي شي‌گراي خوب نياز به سال‌ها تجربه دارد
طراحي به اندازه دانستن گرامر زبان اهميت دارد
بيشترين استفاده مجدد در هنگام طراحي اتفاق مي‌افتد
مشکلات با تجربه طراحي رفع مي‌شوند

5. ساختارهاي طراحي تکرار شونده
ساختارهاي تکرارشونده سيستم‌هاي شي‌گرا سبب ارتقاي
تجريد (Abstraction)
انعطاف‌پذيري (Flexibility)
واحدبندي (Modularity)
ظرافت (Elegance)
که حاوي اطلاعات ارزشمند طراحي هستند
اما نمي‌توان از اين ساختارها به صورت مستقيم استفاده نمود
مسئله اصلي: شنـاسايي، دسته‌بندي و استفـاده از آنهاست

6. الگوي طراحي تجريدي از ساختار طراحي تکرارشونده است شامل کلاس و/يا اشياء
وابستگي‌ها (Dependencies)
ساختارها (Structures)
تعاملات (Interactions)
قراردادها (Conventions)
نام‌‌ها و ساختار طراحي را به‌صورت صريح تعيين مي‌کند
چکيده‌اي از تجربيات طراحي است

7. الگوي طراحي (ادامه) مجموعه‌اي از بهترين تجربيات است
راه‌حلي نمونه براي مسئله‌اي در زمينه خاص است
راهي براي تسهيل ارتباطات بين ذينفعان
الگوها پيدا شده‌اند و ابداع نشده‌اند

8. تاريخچه الگوهاي طراحي 1964- Christopher Alexander
کتاب معماري و طراحي شهري
بيان نکاتي در مورد ترکيب شکل‌ها
زبان الگو
راهي براي ساختن سريع

9. تاريخچه الگوهاي طراحي (ادامه)
1987- Ward Cunningham & Kent Beck
تصميم به استفاده از ايده‌هاي الکساندر
توسعه پنج الگو براي برنامه‌نويسان مبتدي Smalltalk
ارائه مقاله‌اي در اين زمينه در کنفرانس OOPSLA'87

10. تاريخچه الگوهاي طراحي (ادامه)
1995- Erich Gamma، Richard Helm، Ralph Johnson و John Vlissides
طراحي نرم‌افزار
ارائه کتاب الگوهاي طراحي

11. نمونه الگوي طراحي

12. ساختار الگوي طراحي
ساختارهاي متعددي براي بيان الگوهاي طراحي پيشنهاد شده است
چهار بخش اصلي هر الگوي طراحي
نام الگو
مسئله (شامل اجبارهاي مسئله)
راه‌حل
نتايج و کاربردها

13. ساختار الگوي طراحي (ادامه)
ساختار پيشنهاديAlexander
نام
زمينه
مسئله (اجبارها)
راه‌حل (پيکربندي و چگونگي راه‌حل)
بيان ارتباط بين زمينه، مسئله و راه‌حل

14. ساختار الگوي طراحي (ادامه)
ساختار پيشنهاديPolti
نام
عناصر
توصيف
نمونه‌ها
موارد استفاده‌
جزئيات

15. ساختار الگوي طراحي (ادامه)
ساختار پيشنهاديGoF
نام
طبقه‌بندي
منظور
اسامي مشابه
انگيزه
کاربرد
ساختار
شرکاء
همکاري
نتايج
پياده‌سازي/نمونه کد
موارد استفاده
الگوهاي مرتبط

16. ساختار الگوي طراحي (ادامه)
نام (Name)
بطور خلاصه و موجز کاربرد الگو را نشان مي‌دهد
طبقه‌بندي (Classification)
طبقه‌بندي براساس کاري که الگو انجام مي‌دهد
Creational: بر روي فرآيند ايجاد اشيا و کلاس‌ها تمرکز دارند
Structural : بر روي ترکيب کلاس‌ها و اشيا تمرکز دارند
Behavioral: بر روي رفتار کلاس‌ها و اشيا و توزيع وظيفه تمرکز دارند
حوزه کاربرد الگوها شامل اشياء و کلاس‌ها هستند

17. ساختار الگوي طراحي (ادامه)
Purpose
 Patterns Classification
Behavioral
Structural
Creational
Interpreter Template Method
Adapter
Factory Method
Class
Scope
Chain of Responsibility Command
Iterator Mediator Memento Flyweight Observer State Strategy Visitor
Adapter Bridge Composite
Decorator Facade Proxy
Abstract Factory
Builder Prototype
Singleton
Object

18. ساختار الگوي طراحي (ادامه)
منظور
جمله کوتاهي که جواب به سوالات زير است
الگو چه کاري انجام مي‌دهد؟
علت وجودي الگو چيست؟
چه مشکل يا مسئله خاصي را حل مي‌کند؟
نام‌هاي مشابه
در صورتي‌که الگو داراي اسامي شناخته شده ديگري است، قيد مي‌شود

19. ساختار الگوي طراحي (ادامه)
انگيزه (Motivation)
سناريويي که مشکل طراحي و اينکه چگونه کلاس‌ها و اشياي موجود در الگو مشکل را حل مي‌کنند را نشان مي‌دهد
سناريو کمک مي‌کند تا درک بهتري از توصيفاتي مربوط به الگو داشته باشيد
کاربردپذيري (Applicability)
وضعيتي که الگو مي‌تواند به کار برده شود و نحوة شناسايي اين وضعيت

20. ساختار الگوي طراحي (ادامه)
ساختار (Structure)
نمايشي گرافيکي از کلاس‌ها در الگو با استفاده از نمادگذاري OMT (Object Modeling Technique)
براي نمايش تعاملات مي‌توانيد از نمودار ترتيبي يا نمودار همکاري استفاده نمائيد
شرکاء (Participants)
کلاس‌ها و/يا اشيايي که در الگوي طراحي و انجام وظايفش مشارکت مي‌کنند

21. ساختار الگوي طراحي (ادامه)
همکاري (Collaborations)
نحوة همکاري شرکاء در انجام وظايف الگوي طراحي
نتايج (Consequences)
در اين بخش به سوالات ذيل پاسخ گفته مي‌شود
چگونه الگو، اهداف مورد نظر خود را برآورده مي‌سازد؟
چه توازن‌ها و نتايجي با به کار بردن الگو بدست مي‌آيد؟
چه جنبه‌هايي از ساختار سيستم مي‌توانند متفاوت باشند؟

22. ساختار الگوي طراحي (ادامه)
پياده‌سازي
نکات فني، نقاط ضعف و ديگر نکاتي که بايد در استفاده از الگو مد نظر قرار داد
نمونه کد
بخش‌هاي از کد الگو به زبان C++ يا Smalltalk
استفاده‌هاي شناخته شده
نمونه‌هاي از الگو در سيستم‌هاي واقعي
الگوهاي مرتبط
الگوهاي که ارتباط نزديکي با الگوي طراحي مورد نظر دارند

23. الگوهاي طراحي - Abstract Factory
منظور
رابطي براي ايجاد خانواده‌اي از اشياي مرتبط يا وابسته بدون مشخص‌کردن کلاس‌هاي آنها فراهم مي‌کند
کاربردپذيري
وقتي نمي‌توان ساختار ارتباطي بين گروهي از کلاس‌هاي مرتبط را پيش‌بيني نمود

24. الگوهاي طراحي - Abstract Factory
ساختار

25. الگوهاي طراحي - Abstract Factory

26. الگوهاي طراحي - Abstract Factory
نتايج
 انعطاف‌پذيري
 تجريد
 توسعه آن دشوار است
پياده‌سازي
استفاده از پارامترها راهي براي کنترل اندازه رابط است
اين الگو در واقع مجموعه‌اي از الگوي Factory Method است

27. الگوهاي طراحي - Bridge منظور کاربردپذيري
براي جداسازي رابط مجرد(منطقي) از پياده‌سازي‌اش (فيزيکي) مورد استفاده قرار مي‌گيرد
کاربردپذيري
وقتي رابط و پياده‌سازي‌اش بايد با يکديگر متفاوت باشند
وقتي نياز به يک رابط واحد براي تعامل با ديگر کلاس‌ها باشد

28. الگوهاي طراحي - Bridge
ساختار
Structure

29. الگوهاي طراحي - Bridge نتايج پياده‌سازي
 رابط مجرد و پياده‌سازي از يکديگر مجزا مي‌شوند
 پياده‌سازي مي‌تواند مجزا و متغير باشد
 رابط بايد به‌گونه‌اي عمومي باشد که همه رابط‌هايي که پياده‌سازي مي‌شوند را حمايت کند
پياده‌سازي
تنها يک پياده‌ساز بايد وجود داشته باشد
ايجاد پياده‌ساز صحيح دشوار است
اشتراک پياده‌سازها بايد مد نظر قرار گيرد

30. الگوهاي طراحي - Composite
منظور
ترکيب اشيا در ساختاري درختي براي نمايش سلسله مراتب Part-Whole
کاربردپذيري
وقتي اشيا نياز به ترکيب به‌صورت بازگشتي (Recursive) دارند
و تفاوتي بين اشياي ترکيبي و ساده وجود ندارند
و اشيا در ساختار مي‌توانند واحد در نظر گرفته شوند

31. الگوهاي طراحي - Composite
ساختار

32. الگوهاي طراحي - Composite
کلاس Graphic شامل مجموعه‌اي از کلاس‌هاي ديگر است که تفاوتي با کلاس اصلي ندارند

33. الگوهاي طراحي - Composite
گره برگ
گره ترکيبي
CORBA Naming Service

34. الگوهاي طراحي - Composite
نتايج
 همساني: بدون در نظر گرفتن پيچيدگي همه اشيا يکسانند
 قابليت توسعه: مولفه‌هاي جديد براحتي مي‌توانند افزوده شوند
 سربار: سربار تعداد اشياي جديد را کاهش مي‌دهد
پياده‌سازي
روشي براي شناسايي والدين و فرزندان بايد استفاده شود
براي والدين و فرزندان از يک رابط استفاده مي‌شود
حذف يک فرزند مسئوليت دارد! (اين فرزند مي‌تواند فرزنداني داشته باشد و سبب ايجاد اشياي يتيم (Orphan) شود)

35. الگوهاي طراحي - Decorator
منظور
افزودن وظيفه جديد به يک شي به صورت پويا
کاربردپذيري
وقتي نياز به افزودن وظيفه جديد به يک شي به صورت پويا، شفاف و بدون تاثير بر ديگر اشيا باشد
حذف وظيفه خاصي از يک شي به‌صورت پويا
وقتي توسعه کلاس به زيرکلاس‌ها غيرممکن باشد

36. الگوهاي طراحي - Decorator
ساختار

37. الگوهاي طراحي - Decorator
نتايج
 وظايف مي‌توانند در زمان اجرا افزوده/حذف شوند
 موجب کاهش رشد ساختار سلسله‌مراتبي مي‌شود
 سبب انسداد رابط مي‌شود
 ترکيب decorator ها بسيار دشوار است
پياده‌سازي
مطابقت رابط‌ decorator ها بايد در نظر گرفته شود
براي decorator از کلاسي سبک و مجرد استفاده نمائيد
در صورتي‌که نياز به افزودن يک وظيفه داريد، نياز به تعريف کلاس براي decorator نداريد

38. الگوهاي طراحي - Mediator
منظور
تعريف شيي که چگونگي تعامل بين اشياء ديگر را پنهان سازد
کاربردپذيري
وقتي تعدادي شي با يکديگر به‌صورت خوش‌تعريف تعامل دارند اما تعامل آنها پيچيده است
وقتي استفاده مجدد يک شي به‌خاطر تعامل زياد آن با ديگر اشيا دشوار باشد
وقتي رفتاري بين چند کلاس توزيع شده است و بايد بدون استفاده از زيرکلاس‌ها سفارشي شود

39. الگوهاي طراحي - Mediator
ساختار

40. الگوهاي طراحي - Mediator

41. الگوهاي طراحي - Mediator
نتايج
 تعداد زيرکلاس‌ها را کاهش مي‌دهد
 اتصال سست بين کلاس‌هاي مجاور را افزايش مي‌دهد
 ارتباط چند به چند را به ارتباط يک به يک تبديل مي‌کند
 يک کنترل‌کننده مرکزي ايجاد مي‌کند
پياده‌سازي
نيازي به تعريف کلاس مجرد Mediator نيست زيرا کلاس‌هاي همکار مي‌توانند با يک Mediator کار کنند

42. الگوهاي طراحي - Observer
منظور
تعريف يک رابطه يک به چند بين اشياء بصورتي‌که وقتي يک شي حالتش را تغيير مي‌دهد، بقيه اشيا مطلع شده و بروز شوند
کاربردپذيري
وقتي تجريدي داراي دو جنبه بوده و يکي به ديگري وابسته باشد
وقتي تغيير در يک شي سبب تغيير ديگر اشيا مي‌شود و نمي‌دانيد چه تعداد شي ديگر نياز به تغيير دارند
وقتي يک شي نياز به مطلع ساختن شي ديگر دارد و در مورد چگونگي آن شي اطلاعي ندارد

43. الگوهاي طراحي - Observer
ساختار

44. الگوهاي طراحي - Observer
مثال

45. الگوهاي طراحي - Observer
نتايج
 واحدبندي: Subject و Observerها مي‌توانند مستقل باشند
 قابليت توسعه: مي‌توان هر تعداد Observer تعريف نمود
 قابليت سفارشي شدن: Observerهاي متفاوت، ديدهاي مختلف را نمايش مي‌دهند
 بروزرساني غيرمنتظره: Observerها اطلاعي از يکديگر ندارند
 سربار بروزرساني: بروزرساني سربار زيادي ايجاد مي‌نمايد

46. الگوهاي طراحي - Observer
پياده‌سازي
نگاشت Subjectها به Observerهاي متناظرشان راهي ساده‌ براي در جريان بودن Subject از بروزرساني Observer است
ارجاع معلق به Subjectهاي حذف شده بايد مورد توجه قرار گيرند
از پروتکل‌هاي بروزرساني ويژه Observer (مدل‌هاي push and pull) اجتناب نمائيد

47. ضدالگوها (AntiPatterns)
ايده ضدالگوها از آنجا ناشي شده است که اغلب کارهاي منتشر در مهندسي نرم‌افزار به راه‌حل‌هاي سازنده و موثر تمرکز دارد
ضدالگوها بر راه‌حل‌هاي منفي و ناموفق تمرکز دارند
ضدالگو مجموعه‌اي از راه‌حل‌هاي متداول که براي حل يک مسئله اتفاق مي‌افتند و بطورقطعي نتايج منفي يا ناموفق توليد نموده‌اند را توصيف مي‌نمايد

48. ضدالگوها (ادامه)
همانطور که نياز به دانستن الگوها در زمينه خاص وجود دارد، دانستن وجود يا عدم وجود ضدالگو مي‌تواند به توسعه بهتر نرم‌افزار کمک کند
بسياري از مهندسان نرم‌افزار مي‌خواهند بدانند «آيا راهي که مي‌روند به شکست منجر مي‌شود»

49. مثالي از ضدالگوها در سطح مديريت پروژه
پنج پروژه از شش پروژه به شکست منجر شده‌اند!
يک سوم پروژه‌هاي نرم‌افزاري رها شده‌اند!
بودجه و زمان واقعي انجام پروژه بيش از دو برابر از آنچه تخمين زده مي‌شود، است!!!

50. مثالي از ضدالگوها (ادامه)
بحث امروز
فناوري مولفه‌ها
اشيا توزيع‌شده
معماري سرويس‌گرا
استفاده مجدد از نرم‌افزار
عامل‌هاي نرم‌افزار (Agents)
رابط Web
کار ديروز
برنامه‌نويسي ساختاريافته
طراحي بالا به پائين
معماري Client/Server
توليد کد از مدل

51. رابطه بين الگو و ضدالگو اغلب الگوهاي طراحي منجر به ضدالگو مي‌شوند
برنامه‌نويسي رويه‌اي در دهه 60 و 70 يک الگوي طراحي بود، اما در حال حاضر ضدالگو است
شي‌گرايي در حال حاضر يک الگو است، اما در حال تبديل به ضدالگو است

52. رابطه بين الگو و ضدالگو (ادامه)
نشانه‌ها و نتايج
راه‌حل ضدالگو
راه‌حل جمع‌بندي شده
زمينه و علل
مزايا
راه‌حل‌هاي مرتبط
نتايج
زمينه و اجبارها
مشکل
راه‌حل
مزايا
راه‌حل‌هاي مرتبط
نتايج
زمينه در زمان تغيير مي‌کند

53. نمونه ضدالگوها The Blob Continuous obsolescence Lava Flow
Ambiguous viewpoint
Functional decomposition
Poltergeists
Boat Anchor
Golden Hammer
Dead End
Spaghetti Code
Input Kludge
Walking through a Minefield
Cut-and-Paste Programming
Mushroom Management

54. طبقه‌‌بندي ضدالگوها
ضدالگوهاي توسعه
ضدالگوهاي معماري
ضدالگوهاي مديريتي

55. ضدالگوهاي توسعه - Lava Flow
مشکل
استفاده از کد قديمي و اطلاعات طراحي فراموش‌شده در طراحي دايم‌التغيير
نمونه
طراح ارشد استعفا نموده است
طراح جديد روش بهتري ارائه نموده است، اما بدليل عدم آشنايي با کد نمي‌تواند آنها را حذف نمايد

56. ضدالگوهاي توسعه - Lava Flow
علل
توزيع کنترل‌نشده کدهاي اتمام نشده يا اصلاح نشده
قسمت‌ها و مسيرهايي که براي تست در کد قرار داده شده بودند، حذف نشدند
شکاف در معماري بخاطر استفاده از فناوري قديمي
شکاف در معماري وقتي بوجود مي‌آيد که معماري اوليه پس از شروع توسعه دچار تغييرات شگرف شود
فقدان معماري
فقدان مديريت پيکربندي

57. ضدالگوهاي توسعه - Lava Flow
راه‌حل
استفاده از سيستم مديريت پيکربندي سبب مي‌شود که کدهاي کهنه شناسايي و حذف شوند
تکميل‌نمودن طراحي (قديمي)
استفاده از يک معماري سالم براي پيش‌بردن مراحل توسعه
استفاده از رابط در سطح سيستم که خوش-تعريف، پايا و بدرستي مستند شده باشد

58. ضدالگوهاي توسعه - Blob مشکل
استفاده از سبک طراحي رويه‌اي منجر به ايجاد كلاسي با مسئوليت بسيار زياد مي‌شود
بقيه كلاس‌ها تنها داده نگهداري مي‌نمايند
اين کلاس همان کلاسي است که قلب معماري خواهد بود
اين کلاس پردازش و ديگر داده‌ها را انحصاري مي‌نمايد

59. ضدالگوهاي توسعه - Blob علل فقدان ديدگاه معماري شي‌گرايي
عدم وجود التزام به معماري
طراح رويه‌اي معمار ارشد است
عدم تمايل توسعه‌دهندگان در طراحي کلاس‌هاي جديد و كارآمد
در پروژه‌هاي تکراري افراد سعي مي‌کنند کار خود را افزايش ندهند و ترجيح مي‌دهند از کلاس‌هاي قديمي‌تر استفاده نمايند، بدون اينکه نياز به نوآوري داشته باشند

60. ضدالگوهاي توسعه - Blob راه‌حل توزيع مجدد وظيفه‌مندي
جداسازي اثر تغييرات
تعيين يا طبقه‌بندي خصوصيات و عمليات
حذف «ارتباطات بسيار دور»، زائد يا غيرمستقيم
حذف تمام ارتباطات موقت

61. پرسش و پاسخ