Шаблоны проектирования - это руководства по решению повторяющихся проблем. Это не классы, пакеты или библиотеки, которые можно было бы подключить к вашему приложению и сидеть в ожидании чуда. Они скорее являются методиками, как решать определенные проблемы в определенных ситуациях.

Порождающие шаблоны - шаблоны проектирования, которые абстрагируют процесс инстанцирования. Они позволяют сделать систему независимой от способа создания, композиции и представления объектов. Шаблон, порождающий классы, использует наследование, чтобы изменять наследуемый класс, а шаблон, порождающий объекты, делегирует инстанцирование другому объекту.

Существуют следующие порождающие шаблоны:

Простая фабрика (Simple Factory)

В объектно-ориентированном программировании (ООП), фабрика - это объект для создания других объектов. Формально фабрика - это функция или метод, который возвращает объекты изменяющегося прототипа или класса из некоторого вызова метода, который считается «новым».

Пример из жизни: Представьте, что вам надо построить дом, и вам нужны двери. Было бы глупо каждый раз, когда вам нужны двери, надевать вашу столярную форму и начинать делать дверь. Вместо этого вы делаете её на фабрике.

Простыми словами: Простая фабрика генерирует экземпляр для клиента, не раскрывая никакой логики.

Перейдем к коду. У нас есть интерфейс Door и его реализация:

Interface Door { public function getWidth(): float; public function getHeight(): float; } class WoodenDoor implements Door { protected $width; protected $height; public function __construct(float $width, float $height) { $this->width = $width; $this->height = $height; } public function getWidth(): float { return $this->width; } public function getHeight(): float { return $this->height; } }

Затем у нас есть наша DoorFactory , которая делает дверь и возвращает её:

Class DoorFactory { public static function makeDoor($width, $height): Door { return new WoodenDoor($width, $height); } }

И затем мы можем использовать всё это:

$door = DoorFactory::makeDoor(100, 200); echo "Width: " . $door->getWidth(); echo "Height: " . $door->getHeight();

Когда использовать: Когда создание объекта - это не просто несколько присвоений, а какая-то логика, тогда имеет смысл создать отдельную фабрику вместо повторения одного и того же кода повсюду.

Фабричный метод (Fabric Method)

Фабричный метод - порождающий шаблон проектирования, предоставляющий подклассам интерфейс для создания экземпляров некоторого класса. В момент создания наследники могут определить, какой класс создавать. Иными словами, данный шаблон делегирует создание объектов наследникам родительского класса. Это позволяет использовать в коде программы не специфические классы, а манипулировать абстрактными объектами на более высоком уровне.

Пример из жизни: Рассмотрим пример с менеджером по найму. Невозможно одному человеку провести собеседования со всеми кандидатами на все вакансии. В зависимости от вакансии он должен распределить этапы собеседования между разными людьми.

Простыми словами: Менеджер предоставляет способ делегирования логики создания экземпляра дочерним классам.

Перейдём к коду. Рассмотрим приведенный выше пример про HR-менеджера. Изначально у нас есть интерфейс Interviewer и несколько реализаций для него:

Interface Interviewer { public function askQuestions(); } class Developer implements Interviewer { public function askQuestions() { echo "Спрашивает про шаблоны проектирования!"; } } class CommunityExecutive implements Interviewer { public function askQuestions() { echo "Спрашивает о работе с сообществом"; } }

Теперь создадим нашего HiringManager:

Abstract class HiringManager { // Фабричный метод abstract public function makeInterviewer(): Interviewer; public function takeInterview() { $interviewer = $this->makeInterviewer(); $interviewer->askQuestions(); } }

И теперь любой дочерний класс может расширять его и предоставлять необходимого интервьюера:

Class DevelopmentManager extends HiringManager { public function makeInterviewer(): Interviewer { return new Developer(); } } class MarketingManager extends HiringManager { public function makeInterviewer(): Interviewer { return new CommunityExecutive(); } }

Пример использования:

$devManager = new DevelopmentManager(); $devManager->takeInterview(); // Вывод: Спрашивает о шаблонах проектирования! $marketingManager = new MarketingManager(); $marketingManager->takeInterview(); // Вывод: Спрашивает о работе с сообществом

Когда использовать: Полезен, когда есть некоторая общая обработка в классе, но необходимый подкласс динамически определяется во время выполнения. Иными словами, когда клиент не знает, какой именно подкласс ему может понадобиться.

Абстрактная фабрика (Abstract Factory)

Абстрактная фабрика - порождающий шаблон проектирования, предоставляет интерфейс для создания семейств взаимосвязанных или взаимозависимых объектов, не специфицируя их конкретных классов. Шаблон реализуется созданием абстрактного класса Factory, который представляет собой интерфейс для создания компонентов системы (например, для оконного интерфейса он может создавать окна и кнопки). Затем пишутся классы, реализующие этот интерфейс.

Пример из жизни: Расширим наш пример про двери из простой фабрики. В зависимости от ваших нужд вам понадобится деревянная дверь из одного магазина, железная дверь - из другого или пластиковая - из третьего. Кроме того, вам понадобится соответствующий специалист: столяр для деревянной двери, сварщик для железной двери и так далее. Как вы можете заметить, тут есть зависимость между дверьми.

Простыми словами: Фабрика фабрик. Фабрика, которая группирует индивидуальные, но связанные/зависимые фабрики без указания их конкретных классов.

Обратимся к коду. Используем пример про двери. Сначала у нас есть интерфейс Door и несколько его реализаций:

Interface Door { public function getDescription(); } class WoodenDoor implements Door { public function getDescription() { echo "Я деревянная дверь"; } } class IronDoor implements Door { public function getDescription() { echo "Я железная дверь"; } }

Затем у нас есть несколько DoorFittingExpert для каждого типа дверей:

Interface DoorFittingExpert { public function getDescription(); } class Welder implements DoorFittingExpert { public function getDescription() { echo "Я работаю только с железными дверьми"; } } class Carpenter implements DoorFittingExpert { public function getDescription() { echo "Я работаю только с деревянными дверьми"; } }

Теперь у нас есть DoorFactory , которая позволит нам создать семейство связанных объектов. То есть фабрика деревянных дверей предоставит нам деревянную дверь и эксперта по деревянным дверям. Аналогично для железных дверей:

Interface DoorFactory { public function makeDoor(): Door; public function makeFittingExpert(): DoorFittingExpert; } // Деревянная фабрика вернет деревянную дверь и столяра class WoodenDoorFactory implements DoorFactory { public function makeDoor(): Door { return new WoodenDoor(); } public function makeFittingExpert(): DoorFittingExpert { return new Carpenter(); } } // Железная фабрика вернет железную дверь и сварщика class IronDoorFactory implements DoorFactory { public function makeDoor(): Door { return new IronDoor(); } public function makeFittingExpert(): DoorFittingExpert { return new Welder(); } }

Пример использования:

$woodenFactory = new WoodenDoorFactory(); $door = $woodenFactory->makeDoor(); $expert = $woodenFactory->makeFittingExpert(); $door->getDescription(); // Вывод: Я деревянная дверь $expert->getDescription(); // Вывод: Я работаю только с деревянными дверями // Аналогично для железной двери $ironFactory = new IronDoorFactory(); $door = $ironFactory->makeDoor(); $expert = $ironFactory->makeFittingExpert(); $door->getDescription(); // Вывод: Я железная дверь $expert->getDescription(); // Вывод: Я работаю только с железными дверями

Как вы можете заметить, фабрика деревянных дверей инкапсулирует столяра и деревянную дверь, а фабрика железных дверей инкапсулирует железную дверь и сварщика. Это позволило нам убедиться, что для каждой двери мы получим нужного нам эксперта.

Когда использовать: Когда есть взаимосвязанные зависимости с не очень простой логикой создания.

Строитель (Builder)

Строитель - порождающий шаблон проектирования, который предоставляет способ создания составного объекта. Предназначен для решения проблемы антипаттерна «Телескопический конструктор».

Пример из жизни: Представьте, что вы пришли в McDonalds и заказали конкретный продукт, например, БигМак, и вам готовят его без лишних вопросов. Это пример простой фабрики. Но есть случаи, когда логика создания может включать в себя больше шагов. Например, вы хотите индивидуальный сэндвич в Subway: у вас есть несколько вариантов того, как он будет сделан. Какой хлеб вы хотите? Какие соусы использовать? Какой сыр? В таких случаях на помощь приходит шаблон «Строитель».

Простыми словами: Шаблон позволяет вам создавать различные виды объекта, избегая засорения конструктора. Он полезен, когда может быть несколько видов объекта или когда необходимо множество шагов, связанных с его созданием.

Давайте я покажу на примере, что такое «Телескопический конструктор». Когда-то мы все видели конструктор вроде такого:

Public function __construct($size, $cheese = true, $pepperoni = true, $tomato = false, $lettuce = true) { }

Как вы можете заметить, количество параметров конструктора может резко увеличиться, и станет сложно понимать расположение параметров. Кроме того, этот список параметров будет продолжать расти, если вы захотите добавить новые варианты. Это и есть «Телескопический конструктор».

Перейдем к примеру в коде. Адекватной альтернативой будет использование шаблона «Строитель». Сначала у нас есть Burger , который мы хотим создать:

Class Burger { protected $size; protected $cheese = false; protected $pepperoni = false; protected $lettuce = false; protected $tomato = false; public function __construct(BurgerBuilder $builder) { $this->size = $builder->size; $this->cheese = $builder->cheese; $this->pepperoni = $builder->pepperoni; $this->lettuce = $builder->lettuce; $this->tomato = $builder->tomato; } }

Затем мы берём «Строителя»:

Class BurgerBuilder { public $size; public $cheese = false; public $pepperoni = false; public $lettuce = false; public $tomato = false; public function __construct(int $size) { $this->size = $size; } public function addPepperoni() { $this->pepperoni = true; return $this; } public function addLettuce() { $this->lettuce = true; return $this; } public function addCheese() { $this->cheese = true; return $this; } public function addTomato() { $this->tomato = true; return $this; } public function build(): Burger { return new Burger($this); } }

Пример использования:

$burger = (new BurgerBuilder(14)) ->addPepperoni() ->addLettuce() ->addTomato() ->build();

Когда использовать: Когда может быть несколько видов объекта и надо избежать «телескопического конструктора». Главное отличие от «фабрики» - это то, что она используется, когда создание занимает один шаг, а «строитель» применяется при множестве шагов.

Прототип (Prototype)

Задаёт виды создаваемых объектов с помощью экземпляра-прототипа и создаёт новые объекты путём копирования этого прототипа. Он позволяет уйти от реализации и позволяет следовать принципу «программирование через интерфейсы». В качестве возвращающего типа указывается интерфейс / абстрактный класс на вершине иерархии, а классы-наследники могут подставить туда наследника, реализующего этот тип.

Пример из жизни: Помните Долли? Овечка, которая была клонирована. Не будем углубляться, главное - это то, что здесь все вращается вокруг клонирования.

Простыми словами: Прототип создает объект, основанный на существующем объекте при помощи клонирования.

То есть он позволяет вам создавать копию существующего объекта и модернизировать его согласно вашим нуждам, вместо того, чтобы создавать объект заново.

Обратимся к коду. В PHP это может быть легко реализовано с использованием clone:

Class Sheep { protected $name; protected $category; public function __construct(string $name, string $category = "Горная овечка") { $this->name = $name; $this->category = $category; } public function setName(string $name) { $this->name = $name; } public function getName() { return $this->name; } public function setCategory(string $category) { $this->category = $category; } public function getCategory() { return $this->category; } }

Затем он может быть клонирован следующим образом:

$original = new Sheep("Джолли"); echo $original->getName(); // Джолли echo $original->getCategory(); // Горная овечка // Клонируем и модифицируем то что нужно $cloned = clone $original; $cloned->setName("Долли"); echo $cloned->getName(); // Долли echo $cloned->getCategory(); // Горная овечка

Также вы можете использовать волшебный метод __clone для изменения клонирующего поведения.

Когда использовать: Когда необходим объект, похожий на существующий объект, либо когда создание будет дороже клонирования.

Одиночка (Singleton)

Одиночка - порождающий шаблон проектирования, гарантирующий, что в однопроцессном приложении будет единственный экземпляр некоторого класса, и предоставляющий глобальную точку доступа к этому экземпляру.

Пример из жизни: В стране одновременно может быть только один президент. Один и тот же президент должен действовать, когда того требуют обстоятельства. Президент здесь является одиночкой.

Простыми словами: Обеспечивает тот факт, что создаваемый объект является единственным объектом своего класса.

Вообще шаблон одиночка признан антипаттерном, необходимо избегать его чрезмерного использования. Он необязательно плох и может иметь полезные применения, но использовать его надо с осторожностью, потому что он вводит глобальное состояние в ваше приложение и его изменение в одном месте может повлиять на другие части приложения, что вызовет трудности при отладке. Другой минус - это то, что он делает ваш код связанным.

Прим. перев. Подробнее о подводных камнях шаблона одиночка читайте в .

Перейдем к коду. Чтобы создать одиночку, сделайте конструктор приватным, отключите клонирование и расширение и создайте статическую переменную для хранения экземпляра:

Final class President { private static $instance; private function __construct() { // Прячем конструктор } public static function getInstance(): President { if (!self::$instance) { self::$instance = new self(); } return self::$instance; } private function __clone() { // Отключаем клонирование } private function __wakeup() { // Отключаем десериализацию } }

Пример использования:

$president1 = President::getInstance(); $president2 = President::getInstance(); var_dump($president1 === $president2); // true

Данной статьей мы начинаем серию статей, посвященных паттернам проектирования.

Статьи рассчитаны на тех, кто уже хорошо знает ООП.

Что такое паттерны в программировании

Ну, что ж, давайте сначала разберемся что такое паттерн. А затем плавно перейдем к такому понятию как "паттерны в программировании".

Паттерн - это повторяющийся элемент в различных сферах жизни.

Пример 1: окрас тигра - это паттерн.

Пример 2: Коробка передач - это паттерн.

В программировании, хотя каждая задача и каждая программа уникальна, у многих из них все же есть общие черты. Разработчики заметили эти закономерности, и выделили те, что наиболее часто встречаются, в паттерны (шаблоны проектирования, шаблоны программирования) . В паттернах предлагается в том числе наиболее оптимальные способы реализации той или иной задачи.

Теперь, вместо того чтобы выдумывать велосипед заново, можно воспользоваться знаниями людей, которые уже решали эти проблемы до нас. Таким образом:

Шаблон проектирования / шаблон программирования / паттерн - это типичные способы решения часто возникающих задач в сфере разработки ПО.

ВАЖНО:

Паттерн - это не готовое решение, которое можно откуда-то скопировать и вставить в Вашу программу. Это только общие принципы, которые надо уметь правильно применить.

Мне надо знать паттерны?

Ответ: "Да"

Потому что:

• Паттерны очень часто применяются на практик е. Конечно, для начинающих программистов понимание паттернов не всегда заходит легко. Так что наберитесь терпения и учим, учим, учим...
• Паттерны часто спрашивают на собеседованиях.
• И самое главное - паттерны предлагают Вам готовые решения . Они помогут Вам сохранить время и усилия, а качество программы повысится.

Откуда они взялись

Хотя сама идея паттернов далеко не новая, популярной она стала после выхода книги "Приёмы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования ". Это произошло в 1994 году. С тех пор мир захватила "шаблономания" 🙂

Какие они бывают

• Порождающие (Creational Design Patterns)

Эти шаблоны что-то создают. Например, "как создать объект, который нельзя изменить"? "Как создать класс, который будет создавать новые объекты других классов?"?

• Структурные (Structural Design Patterns)

Отвечают за иерархию классов и интерфейсов. Например, "как заставить объекты с несовместимыми интерфейсами работа вместе"?

• Поведенческие (Behavioral Design Patterns)

Помогает добиться нужного поведения от объектов. Например, "как сделать так, чтобы объекты одного класса следили за изменениями в других классах и реагировали на них"?

Из чего состоит паттерн?

• Задача, которую решает паттерн
• Решение:
  • Структуры классов, составляющих решение;
  • Примера на одном из языков программирования;
• Связь с другими паттернами

А конкретнее?

Существует 23 классических шаблона проектирования, с которых все и началось. В настоящий момент паттернов намного больше - минимум в 2-3 раза больше.

Здесь о каждом из них мы, конечно, говорить не будем - это много 🙂 Но мы расскажем об основных паттернах в будущих статьях.

Самыми-самыми "базовыми" шаблонами проектирования можно назвать следующие:

• Singleton ("Одиночка")
• Builder ("Строитель")
• Factory ("Фабрика")
• Wrapper ("Обертка")
• Proxy ("Прокси")

С них можно начинать изучение паттернов. Ниже в этой статье Вы найдете ссылочки на статьи по этим паттернам.

Привести в пример паттерн проектирования – один из самых популярных запросов на собеседованиях. Объясняем порождающие паттерны простыми словами.

Паттерн от английского Pattern – образец, шаблон. В программировании это понятие подразумевает использование определенного подхода или алгоритма, который уже существует для решения проблемы в той или иной ситуации.

Вы хотите создать автомобиль, но поняитя не имеете, с чего начать. Сколько должно быть у него колес? 3, 4, 5? Вы не знаете точно, потому что никогда до этого не занимались проектированием автомобилей. К счастью, до вас люди занимались этим десятилетиями и вы точно знаете, что для конкретно вашего варианта автомобиля потребуется база из 4 колес. Вам не нужно экспериментировать и строить трицикл, чтобы убедиться в его неэффективности.

Паттерны не привязаны к конкретному языку программирования, это просто подход к проектированию.

Порождающие паттерны

Это паттерны, которые создают объекты, или позволяют получить доступ к существующим. Порождающие паттерны – это те шаблоны, по которым можно создать автомобиль и сделать это лучшим образом.

Singleton (одиночка)

Допустим, нам нужно организовать линию связи между каждым жителем города. Как вариант, мы можем просто протянуть кабель от одного дома жителя к другому. Но масштабироваться такая система будет очень плохо, для добавления одного нового жителя к сети потребуется снова протягивать кабель к каждому старому. Чинить обрывы будет тоже не самой простой задачей.

Здесь нам пригодится паттерн «Одиночка». Одиночкой в этом случае будет телефонная станция, и все линии связи будут проходить через нее. Для добавления нового жителя потребуется только протянуть кабель от его дома до станции.

Но главное в одиночке то, что создав станцию один раз, ей может пользоваться сколько угодно людей. Смысл в том, что когда вы скажете «Мне нужна телефонная станция», вам ответят не «Нужно построить новую», а «Она находится там-то».

Registry (реестр, журнал записей)

Данный паттерн предназначен для хранения записей, которые в него помещают и возвращения записей, которые у него запрашивают. Если вернуться к примеру с телефонной станцией, она будет являться реестром по отношению к телефонным номерам жителей.

Еще один пример одиночки-реестра – бухгалтерия. Фирма не создает бухгалтерию каждый раз, когда она ей понадобится. В то же время, в бухгалтерии хранятся записи обо всех сотрудниках фирмы, как в реестре.

Multiton (пул «одиночек»)

По сути данный паттерн – это реестр одиночек, каждый из которых имеет имя, по которому к нему можно получить доступ.

Object pool (пул объектов)

Этот паттерн также как и предыдущий, содержит набор объектов, но не все они обязаны быть одиночками.

Factory (фабрика)

Фабрика – достаточно точное название для этого паттерна. Когда вам понадобится пакет сока, вы обращаетесь к фабрике с соответствующим запросом, она в свою очередь копирует эталон и передает вам его экземпляр. Что при этом происходит внутри фабрики и как она это делает вас не беспокоит.

Также, фабрики зачастую создаются с учетом производства только одного вида продукции. То есть, создавать фабрику по производству пакетов с соком с учетом возможности создания автомобильных покрышек не рекомендуется.

Builder (строитель)

Строитель по очень похож на фабрику, но вместо копирования эталона, строитель содержит в себе весь сложный набор действий, необходимый для производства. Скажем, на фабрике по производству апельсинового сока, вы можете заказать только апельсиновый сок, в то время как у строителя можно запросить березовый сок и он позаботиться как о содержимом пакета, так и о наклейках и соответствующих надписях, которые вы тоже можете изменять.

Prototype (прототип)

Этот паттерн похож на фабрику, но только фабрика здесь в самом объекте. К примеру, у вас в руках есть пустой пакет для сока, которому вы говорите «Хочу ананасовый сок». Пакет в свою очередь копирует себя и заполняет себя ананасовым соком.

В данном случае, пакет является прототипом и создает на своей основе другие объекты, с требуемыми вам параметрами.

Factory method (фабричный метод)

Данный паттерн является основой фабрики. В действительности, при создании программы в первую очередь создается фабричный метод, а на его основе уже создаются фабрики.

Допустим фабрика производит пакеты с разными соками. Мы можем на каждый вид сока сделать свою производственную линию, но это не эффективно. Удобнее сделать одну линию по производству пакетов-основ, а разделение ввести только на этапе заливки сока, который мы можем определять просто по названию сока.

Для этого мы создаем основной отдел по производству пакетов-основ и предупреждаем все подотделы, что они должны производить нужный пакет с соком про простому «Надо» (т.е. каждый подотдел должен реализовать паттерн «фабричный метод»). Поэтому каждый подотдел заведует только своим типом сока и реагирует на слово «Надо».

Теперь, если нам потребуется пакет бананового сока, мы просто скажем отделу по производству бананового сока «Надо», а он в свою очередь скажет основному отделу по созданию пакетов сока: «Произведи свой обычный пакет, а этот сок нужно туда залить».

Lazy initialization (отложенная инициализация)

Предположим, вы работаете в бухгалтерии и для каждого сотрудника вы должны подготавливать «отчет о выплатах». Вы можете в начале каждого месяца делать этот отчет на всех сотрудников, но некоторые отчеты могут не понадобиться, и тогда скорее всего вы примените «отложенную инициализацию», то есть вы будете подготавливать этот отчет только тогда, когда он будет запрошен начальством (вышестоящим объектом). Однако начальство в любой момент времени может сказать что у него этот отчет уже есть, но готов он уже или нет, оно не знает и знать не должно. Данный паттерн служит для оптимизации ресурсов.

Dependency injection (внедрение зависимости)

Если нам требуется нанять нового человека, мы можем не создавать свой отдел кадров, а внедрить зависимость от компании по подбору персонала. Она, свою очередь, по нашему запросу «нужен человек», будет либо сама работать как отдел кадров, либо же найдет другую компанию, которая предоставит данные услуги.

«Внедрение зависимости» позволяет перекладывать и взаимозаменять отдельные части программы без потери общей функциональности.

При создании программных систем перед разработчиками часто встает проблема выбора тех или иных проектных решений. В этих случаях на помощь приходят паттерны. Дело в том, что почти наверняка подобные задачи уже решались ранее и уже существуют хорошо продуманные элегантные решения, составленные экспертами. Если эти решения описать и систематизировать в каталоги, то они станут доступными менее опытным разработчикам, которые после изучения смогут использовать их как шаблоны или образцы для решения задач подобного класса. Паттерны как раз описывают решения таких повторяющихся задач.

Концепция создания программного обеспечения с использованием паттернов, несомненно, очень важная, но относительно молодая, быть может, поэтому до сих пор нет четкого определения, что же такое паттерн. Об этом свидетельствуют непрекращающиеся дискуссии в популярной литературе и на соответствующих форумах в сети.

Например, следует ли считать алгоритмы и структуры данных паттернами? По этому вопросу существуют противоположные мнения. Согласно одному из них, алгоритмы являются вычислительными паттернами, а хорошо известная фундаментальная монография Дональда Кнута "Искусство программирования" по сути, представляет собой каталог таких паттернов. Согласно другому мнению, алгоритмы не являются паттернами, так как решаемые ими проблемы слишком малы (оперируют такими понятиями как вычислительная сложность и потребление ресурсов), а область решения хорошо очерчена. Паттерны же решают проблемы большего масштаба, при этом паттерн дает не конкретное решение, а некий путь к решению, причем, выбор правильного паттерна - задача нетривиальная, предполагающая от архитектора наличие интуиции, опыта, определенного творчества.

Классификация паттернов

В силу популярности каталога GoF часто под паттернами проектирования подразумевают все виды паттернов программной индустрии, что является не совсем корректным. В области разработки программных систем существует множество паттернов, которые отличаются областью применения, масштабом, содержимым, стилем описания. Например, в зависимости от сферы применения существуют такие паттерны как паттерны анализа, проектирования, тестирования, документирования, организации процесса разработки, планирования проектов и другие. В настоящее время наиболее популярными паттернами являются паттерны проектирования. Одной из распространенных классификаций таких паттернов является классификация по степени детализации и уровню абстракции рассматриваемых систем.

Паттерны делятся на следующие категории:

• Архитектурные паттерны
• Паттерны проектирования
• Идиомы

Архитектурные паттерны, являясь наиболее высокоуровневыми паттернами, описывают структурную схему программной системы в целом. В данной схеме указываются отдельные функциональные составляющие системы, называемые подсистемами, а также взаимоотношения между ними. Примером архитектурного паттерна является хорошо известная программная парадигма "модель-представление-контроллер" (model-view-controller - MVC). В свою очередь, подсистемы могут состоять из архитектурных единиц уровнем ниже.

Паттерны проектирования описывают схемы детализации программных подсистем и отношений между ними, при этом они не влияют на структуру программной системы в целом и сохраняют независимость от реализации языка программирования. Паттерны GoF относятся именно к этой категории. Под паттернами проектирования объектно-ориентированных систем понимается описание взаимодействия объектов и классов, адаптированных для решения общей задачи проектирования в конкретном контексте. В русскоязычной литературе обычно встречаются несколько вариантов перевода оригинального названия design patterns - паттерны проектирования, шаблоны проектирования, образцы. Здесь в основном используется первый вариант, иногда второй.

Идиомы, являясь низкоуровневыми паттернами, имеют дело с вопросами реализации какой-либо проблемы с учетом особенностей данного языка программирования. При этом часто одни и те же идиомы для разных языков программирования выглядят по-разному или не имеют смысла вовсе. Например, в C++ для устранения возможных утечек памяти могут использоваться интеллектуальные указатели. Интеллектуальный указатель содержит указатель на участок динамически выделенной памяти, который будет автоматически освобожден при выходе из зоны видимости. В среде Java такой проблемы просто не существует, так как там используется автоматическая сборка мусора. Обычно, для использования идиом нужно глубоко знать особенности применяемого языка программирования. Следует отметить, что в программной области существуют и другие виды паттернов, не относящиеся к проектированию вообще, например, паттерны анализа, тестирования, документирования и др.

Типы паттернов проектирования

Порождающие паттерны

• Абстрактная фабрика (Abstract factory) - класс, который представляет собой интерфейс для создания компонентов системы.
• Фабричный метод (Factory method) - определяет интерфейс для создания объекта, но оставляет подклассам решение о том, какой класс инстанцировать.
• Прототип (Prototype) - определяет интерфейс создания объекта через клонирование другого объекта вместо создания через конструктор.
• Строитель (Builder) - класс, который представляет собой интерфейс для создания сложного объекта.
• Одиночка (Singleton) - класс, который может иметь только один экземпляр.
• Отложенная инициализация (Lazy initialization) - объект, инициализируемый во время первого обращения к нему.

Структурные паттерны

• Адаптер (Adapter) - объект, обеспечивающий взаимодействие двух других объектов, один из которых использует, а другой предоставляет несовместимый с первым интерфейс.
• Компоновщик (Composite) - объект, который объединяет в себе объекты, подобные ему самому.
• Декоратор или Обёртка (Decorator) - класс, расширяющий функциональность другого класса без использования наследования.
• Фасад (Facade) - объект, который абстрагирует работу с несколькими классами, объединяя их в единое целое.
• Единая точка входа (Front Controller) - обеспечивает унифицированный интерфейс для интерфейсов в подсистеме. Front Controller определяет высокоуровневый интерфейс, упрощающий использование подсистемы.
• Заместитель (Proxy) - объект, который является посредником между двумя другими объектами, и который реализует/ограничивает доступ к объекту, к которому обращаются через него.

Поведенческие паттерны

• Команда, Экшен, Транзакция (Command) - представляет действие. Объект команды заключает в себе само действие и его параметры.
• Стратегия (Strategy) - предназначен для определения семейства алгоритмов, инкапсуляции каждого из них и обеспечения их взаимозаменяемости.
• Шаблонный метод (Template method) - определяет основу алгоритма и позволяет наследникам переопределять некоторые шаги алгоритма, не изменяя его структуру в целом.
• Наблюдатель, Слушатель (Observer) - определяет зависимость типа «один ко многим» между объектами таким образом, что при изменении состояния одного объекта все зависящие от него оповещаются об этом событии.
• Цепочка обязанностей (Chain of responsibility) - предназначен для организации в системе уровней ответственности.

Если вы когда-либо интересовались, что представляют собой шаблоны проектирования, то добро пожаловать. В этой статье я расскажу, что это такое, зачем они нужны, как их использовать, и приведу примеры наиболее распространенных шаблонов на PHP.

Что такое шаблоны проектирования?

Шаблоны проектирования - это проверенные и готовые к использованию решения часто возникающих в повседневном программировании задач. Это не класс и не библиотека, которую можно подключить к проекту, это нечто большее. Шаблон проектирования, подходящий под задачу, реализуется в каждом конкретном случае. Кроме того, он не зависит от языка программирования. Хороший шаблон легко реализуется в большинстве, если не во всех языках, в зависимости от выразительных средств языка. Следует, однако, помнить, что такой шаблон, будучи примененным неправильно или к неподходящей задаче, может принести немало проблем. Тем не менее, правильно примененный шаблон поможет решить задачу легко и просто.

Существует три типа шаблонов:

• структурные;
• порождающие;
• поведенческие.

Структурные шаблоны определяют отношения между классами и объектами, позволяя им работать совместно.

Порождающие шаблоны предоставляют механизмы инициализации, позволяя создавать объекты удобным способом.

Поведенческие шаблоны используются для того, чтобы упростить взаимодействие между сущностями.

Зачем нужны шаблоны проектирования?

Шаблон проектирования, по своей сути, это продуманное решение той или иной задачи. Если вы столкнулись с известной задачей, почему бы не использовать готовое решение, проверенное опытом?

Пример

Давайте представим, что вам необходимо объединить два класса, которые выполняют различные операции в зависимости от ситуации. Эти классы интенсивно используются существующей системой, что не позволяет удалить один из них и добавить его функциональность во второй. Кроме того, изменение кода потребует его тщательного тестирования, поскольку такой рефакторинг ведет к неизбежным ошибкам. Вместо этого вы можете реализовать шаблоны «Стратегия» и «Адаптер» и с их помощью решить задачу.

Class StrategyAndAdapterExampleClass { private $_class_one; private $_class_two; private $_context; public function __construct($context) { $this->_context = $context; } public function operation1() { if($this->_context == "context_for_class_one") { $this->_class_one->operation1_in_class_one_context(); } else ($this->_context == "context_for_class_two") { $this->_class_two->operation1_in_class_two_context(); } } }

Просто, не правда ли? Давайте посмотрим поближе на шаблон «Стратегия».

Шаблон «Стратегия»

Стратегия - поведенческий шаблон, который позволяет выбрать поведение программы в процессе выполнения в зависимости от контекста путем инкапсуляции нескольких алгоритмов в разных классах.

В примере выше выбор стратегии основан на значении переменной $context , которое было в момент создания объекта. Если значение было "context_for_class_one" , программа будет использовать класс class_one . И наоборот.

Хорошо, но где это можно использовать?

Представьте, что вы разрабатываете класс, который может создать или обновить запись в базе данных. В обоих случаях входные параметры будут одни и те же (имя, адрес, номер телефона и т. п.), но, в зависимости от ситуации, он будет должен использовать различные функции для обновления и создания записи. Можно каждый раз переписывать условие if/else , а можно создать один метод, который будет принимать контекст:

Class User { public function CreateOrUpdate($name, $address, $mobile, $userid = null) { if(is_null($userid)) { // пользователя не существует, создаем запись } else { // запись есть, обновляем ее } } }

Обычно шаблон «Стратегия» подразумевает инкапсуляцию алгоритмов в классы, но в данном случае это излишне. Помните, что вы не обязаны следовать шаблону слово в слово. Любые варианты допустимы, если они решают задачу и соответствуют концепции.

Шаблон «Адаптер»

Адаптер - структурный шаблон, который позволяет использовать класс, реализующий нужные функции, но имеющий неподходящий интерфейс.

Также он позволяет изменить некоторые входные данные для совместимости с интерфейсом внутреннего класса.

Как его использовать?

Другое название адаптера - «Обертка». Он «оборачивает» новый интерфейс вокруг класса для его использования. Классический пример: вам надо создать класс предметной модели, имея классы объектов в базе данных. Вместо того, чтобы обращаться к табличным классам напрямую и вызывать их методы по одному, вы можете инкапсулировать вызовы этих методов в одном методе в адаптере. Это не только позволит повторно использовать набор операций, но и избавит вас от постоянного переписывания большого количества кода, если вам потребуется выполнить тот же набор действий в другом месте.

Сравните два примера.

Без адаптера

Если нам придется использовать такой код повторно, мы будем вынуждены переписывать все это заново.

С использованием адаптера

Мы можем создать класс-обертку Account:

Class Account() { public function NewAccount(// параметры) { $user = new User(); $user->CreateOrUpdate(// часть параметров); $profile = new Profile(); $profile->CreateOrUpdate(// часть параметров); } } $account_domain = new Account(); $account_domain->NewAccount(// параметры);

Теперь мы можем использовать класс Account каждый раз и, кроме того, мы можем добавить в него дополнительные функции.

Шаблон «Метод-фабрика»

Фабрика - порождающий шаблон, который представляет собой класс с методом для создания различных объектов.

Основная цель этого шаблона - инкапсулировать процедуру создания различных классов в одной функции, которая в зависимости от переданного ей контекста возвращает необходимый объект.

Как его использовать?

Фабрика обычно используется для создания различных вариантов базового класса. Допустим, у вас есть класс кнопки - Button - и три варианта - ImageButton , InputButton и FlashButton . С помощью фабрики вы можете создавать различные варианты кнопок в зависимости от ситуации.

Сначала создадим три класса:

Abstract class Button { protected $_html; public function getHtml() { return $this->_html; } } class ImageButton extends Button { protected $_html = "..."; // HTML-код кнопки-картинки } class InputButton extends Button { protected $_html = "..."; // HTML-код обычной кнопки (); } class FlashButton extends Button { protected $_html = "..."; // HTML-код Flash-кнопки }

Теперь мы можем написать нашу фабрику:

Class ButtonFactory { public static function createButton($type) { $baseClass = "Button"; $targetClass = ucfirst($type).$baseClass; if (class_exists($targetClass) && is_subclass_of($targetClass, $baseClass)) { return new $targetClass; } else { throw new Exception("The button type "$type" is not recognized."); } } }

и использовать ее:

$buttons = array("image","input","flash"); foreach($buttons as $b) { echo ButtonFactory::createButton($b)->getHtml() }

На выходе должен получиться HTML со всеми типами кнопок. Таким образом мы получили возможность указать, кнопку какого типа мы хотим получить, и использовать код повторно.

Шаблон «Декоратор»

Декоратор - это структурный шаблон, который позволяет добавить новое поведение объекту в процессе выполнения программы в зависимости от ситуации.

Цель - в расширении поведения конкретного объекта без необходимости изменять поведение базового класса. Это позволит использовать несколько декораторов одновременно. Этот шаблон - альтернатива наследованию. В отличие от наследования, декоратор добавляет поведение в процессе выполнения программы.

Для реализации декоратора нам понадобится:

1. Унаследовать класс-декоратор от базового.
2. Добавить поле со ссылкой на базовый класс в декоратор.
3. Передать ссылку на декорируемый объект в конструктор декоратора.
4. Перенаправить методы из декоратора на декорируемый объект.
5. Переопределить методы в декораторе, поведение которых необходимо изменить.

Как его использовать?

Предположим, что у нас есть объект, который должен иметь определенное поведение в определенной ситуации. Например, у нас есть HTML-ссылка для выхода из аккаунта, которая должна по-разному показываться в зависимости от того, на какой странице мы находимся. Это тот самый случай, когда нам помогут декораторы.

Сначала определимся, какие «декорации» нам нужны:

• Если мы на заглавной странице и вошли в аккаунт, ссылка должна быть в h2 -теге.
• Если мы на любой другой странице и вошли в аккаунт, ссылка должна быть подчеркнутой.
• Если мы вошли в аккаунт, ссылка должна быть в strong -теге.

Теперь мы можем написать сами декораторы:

Class HtmlLinks { // методы для работы с любой HTML-ссылкой } class LogoutLink extends HtmlLinks { protected $_html; public function __construct() { $this->_html = "Logout"; } public function setHtml($html) { $this->_html = $html; } public function render() { echo $this->_html; } } class LogoutLinkH2Decorator extends HtmlLinks { protected $_logout_link; public function __construct($logout_link) { $this->_logout_link = $logout_link; $this->setHtml("" . $this->_html . ""); } public function __call($name, $args) { $this->_logout_link->$name($args); } } class LogoutLinkUnderlineDecorator extends HtmlLinks { protected $_logout_link; public function __construct($logout_link) { $this->_logout_link = $logout_link; $this->setHtml("" . $this->_html . ""); } public function __call($name, $args) { $this->_logout_link->$name($args); } } class LogoutLinkStrongDecorator extends HtmlLinks { protected $_logout_link; public function __construct($logout_link) { $this->_logout_link = $logout_link; $this->setHtml("" . $this->_html . ""); } public function __call($name, $args) { $this->_logout_link->$name($args); } }

Теперь мы можем использовать их так:

$logout_link = new LogoutLink(); if($is_logged_in) { $logout_link = new LogoutLinkStrongDecorator($logout_link); } if($in_home_page) { $logout_link = new LogoutLinkH2Decorator($logout_link); } else { $logout_link = new LogoutLinkUnderlineDecorator($logout_link); } $logout_link->render();

Обратите внимание, как можно использовать несколько декораторов на одном объекте. Все они используют функцию __call для вызова оригинального метода. Если мы войдем в аккаунт и перейдем на заглавную страницу, результат будет такой:

Logout

Шаблон «Одиночка»

Одиночка - порождающий шаблон, который позволяет убедиться, что в процессе выполнения программы создается только один экземпляр класса с глобальным доступом.

Его можно использовать как точку «координации» для других объектов, поскольку поля «Одиночки» будут одинаковы для всех, кто его вызывает.

Как его использовать?

Если вам необходимо передавать определенный экземпляр из класса в класс, вы можете передавать его каждый раз через конструктор или использовать «Одиночку». Допустим, у вас есть класс Session , который содержит данные о текущей сессии. Поскольку сессия инициализируется только один раз, мы можем реализовать его так:

Class Session { private static $instance; public static function getInstance() { if(is_null(self::$instance)) { self::$instance = new self(); } return self::$instance; } private function __construct() { } private function __clone() { } // прочие методы сессии... ... ... } // get a session instance $session = Session::getInstance();

Теперь мы можем получить доступ к сессии из различных участков кода, даже из других классов. Метод getInstance всегда будет возвращать одну и ту же сессию.

Заключение

В этой статье мы рассмотрели только наиболее часто встречающиеся шаблоны из множества. Если вы хотите узнать больше о шаблонах проектирования, вы найдете достаточно информации на Википедии . Для более полной информации обратите внимание на знаменитую книгу «Приемы объектно-ориентированного проектирования» «Банды четырех».

И последнее: при использовании того или иного шаблона убедитесь, что вы решаете задачу правильным способом. Как уже упоминалось, при неправильном использовании шаблоны проектирования могут доставить больше проблем, чем решить. Но при правильном - их пользу нельзя переоценить.