Vzorci načrtovanja programske opreme so komunikacijski objekti in razredi, ki so prilagojeni za reševanje splošnega načrtovalskega problema v določenem kontekstu. Vzorci načrtovanja programske opreme so splošne, večkrat uporabne rešitve za običajne težave, ki se pojavijo med načrtovanjem in razvojem programske opreme. Predstavljajo najboljše prakse za reševanje določenih vrst problemov in razvijalcem zagotavljajo način komuniciranja o učinkovitih oblikovalskih rešitvah.

Razumevanje in uporaba teh vzorcev lahko bistveno izboljša vaše sposobnosti razvoja programske opreme. Za tiste, ki želijo poglobiti svoje znanje in uporabo vzorcev načrtovanja programske opreme, je naš celovit tečaj načrtovanja sistemov ponuja strukturiran pristop k obvladovanju teh bistvenih konceptov. Z učenjem iz primerov iz resničnega sveta in strokovnih vpogledov lahko razvijete strokovno znanje za učinkovito implementacijo teh vzorcev v svoje projekte.

Kazalo

• Vrste načrtovalskih vzorcev programske opreme
• Kreativni oblikovalski vzorci
• Strukturni načrtovalni vzorci
• Vedenjski načrtovalski vzorci
• Oblikovalski vzorci v različnih jezikih
• Vprašanja za intervju o vzorcih načrtovanja programske opreme
• Pogosto zastavljena vprašanja o vzorcih načrtovanja programske opreme

Vrste načrtovalskih vzorcev programske opreme

Obstajajo tri vrste oblikovalskih vzorcev:

• Kreativni oblikovalski vzorec
• Strukturni vzorec oblikovanja
• Vedenjski oblikovalski vzorec

Kreativni oblikovalski vzorci

Creative Design Pattern abstrahira postopek instanciranja. Pomagajo narediti sistem neodvisen od tega, kako so njegovi objekti ustvarjeni, sestavljeni in predstavljeni.

Vrste ustvarjalnih oblikovalskih vzorcev:

1. Vzorec načrtovanja tovarniške metode

Vzorec Factory Method se uporablja za ustvarjanje predmetov brez podajanja točnega razreda predmeta, ki bo ustvarjen. Ta vzorec je uporaben, ko morate ločiti ustvarjanje predmeta od njegove izvedbe.

2. Oblikovalski vzorec abstraktne tovarniške metode

Abstraktni tovarniški vzorec je skoraj podoben tovarniškemu vzorcu in velja za drugo plast abstrakcije nad tovarniškim vzorcem. Abstraktni tovarniški vzorci delujejo okoli supertovarne, ki ustvarja druge tovarne.

3. Vzorec načrtovanja metode Singleton

Metoda Singleton ali vzorec Singleton Design je eden najpreprostejših vzorcev oblikovanja. Zagotavlja, da ima razred samo en primerek in zagotavlja globalno točko dostopa do njega.

4. Vzorec načrtovanja metode prototipa

Prototip nam omogoča, da odjemalcu skrijemo kompleksnost izdelave novih primerkov. Koncept je kopiranje obstoječega predmeta namesto ustvarjanja novega primerka iz nič, kar lahko vključuje drage operacije. Obstoječi objekt deluje kot prototip in vsebuje stanje objekta.

5. Oblikovalski vzorec metode Builder

Namen vzorca graditelja je ločiti konstrukcijo kompleksnega objekta od njegove predstavitve, tako da lahko isti postopek gradnje ustvari različne predstavitve. Uporablja se za gradnjo kompleksnega predmeta korak za korakom, zadnji korak pa vrne predmet.

Strukturni načrtovalni vzorci

Vzorci strukturnega načrtovanja se ukvarjajo s tem, kako so razredi in objekti sestavljeni, da tvorijo večje strukture. Strukturni vzorci razredov uporabljajo dedovanje za sestavljanje vmesnikov ali implementacij.

Vrste strukturnih načrtov:

1. Vzorec načrtovanja metode adapterja

Vzorec adapterja pretvori vmesnik razreda v drug vmesnik, ki ga pričakujejo odjemalci. Adapter omogoča, da razredi delujejo skupaj, ki drugače ne bi mogli zaradi nezdružljivih vmesnikov.

2. Vzorec načrtovanja mostne metode

Vzorec premostitve omogoča neodvisen razvoj abstrakcije in implementacije, odjemalska koda pa lahko dostopa le do dela abstrakcije, ne da bi se obrnila na del implementacije.

3. Vzorec oblikovanja kompozitne metode

Sestavljeni vzorec je vzorec particioniranja in opisuje skupino objektov, ki se obravnavajo na enak način kot en primerek iste vrste predmeta. Namen kompozita je sestaviti predmete v drevesne strukture, ki predstavljajo hierarhije del-celota.

4. Oblikovalski vzorec metode dekoraterja

Omogoča nam dinamično dodajanje funkcionalnosti in vedenja objektu, ne da bi to vplivalo na vedenje drugih obstoječih objektov znotraj istega razreda. Dedovanje uporabljamo za razširitev obnašanja razreda. To se zgodi v času prevajanja in vsi primerki tega razreda dobijo razširjeno vedenje.

5. Vzorec oblikovanja fasadne metode

Facade Method Design Pattern zagotavlja poenoten vmesnik naboru vmesnikov v podsistemu. Facade definira vmesnik na visoki ravni, ki olajša uporabo podsistema.

6. Vzorec oblikovanja metode Flyweight

Ta vzorec ponuja načine za zmanjšanje števila predmetov in s tem izboljšanje strukture objektov, ki jih zahteva aplikacija. Flyweight vzorec se uporablja, ko moramo ustvariti veliko število podobnih objektov.

7. Vzorec načrtovanja metode proxy

Proxy pomeni 'namesto', ki predstavlja' ali 'namesto' ali 'v imenu' so dobesedni pomeni proxyja in to neposredno pojasnjuje vzorec načrtovanja proxyja. Proxyji se imenujejo tudi nadomestki, ročaji in ovoji. Po strukturi, ne pa po namenu, so tesno povezani z adapterji in dekoratorji.

Vedenjski načrtovalski vzorci

Vedenjski vzorci se ukvarjajo z algoritmi in dodeljevanjem odgovornosti med objekti. Vedenjski vzorci ne opisujejo le vzorcev predmetov ali razredov, temveč tudi vzorce komunikacije med njimi. Ti vzorci označujejo zapleten nadzorni tok, ki mu je težko slediti med izvajanjem.

Vrste vzorcev vedenjske zasnove:

1. Vzorec načrtovanja metode verige odgovornosti

Vzorec verige odgovornosti se uporablja za doseganje ohlapne povezave pri načrtovanju programske opreme, kjer se zahteva odjemalca posreduje verigi objektov, da jih obdela. Kasneje se objekt v verigi sam odloči, kdo bo obdelal zahtevo in ali je treba zahtevo poslati naslednjemu objektu v verigi ali ne.

2. Vzorec oblikovanja ukazne metode

Vzorec ukaza je vedenjski vzorec načrtovanja, ki zahtevo spremeni v samostojen objekt, ki vsebuje vse informacije o zahtevi. Ta predmet je mogoče posredovati, shraniti in izvesti pozneje

3. Vzorec načrtovanja metode tolmača

Vzorec tolmača se uporablja za definiranje slovnične predstavitve jezika in zagotavlja tolmača za obravnavo te slovnice.

4. Vzorec oblikovanja metode posrednika

Omogoča ločevanje objektov z uvedbo vmesne plasti, tako da interakcija med objekti poteka prek plasti.

5. Vzorci oblikovanja metode Memento

Uporablja se za povrnitev stanja objekta v prejšnje stanje. Ko vaša aplikacija napreduje, boste morda želeli shraniti kontrolne točke v svoji aplikaciji in jih pozneje obnoviti nazaj na te kontrolne točke. Namen vzorca Memento Design je brez kršitve enkapsulacije zajeti in eksternalizirati notranje stanje predmeta, tako da je objekt mogoče pozneje povrniti v to stanje.

6. Vzorec načrtovanja metode opazovalca

Definira odvisnost enega proti mnogo med objekti, tako da ko en objekt (subjekt) spremeni svoje stanje, so vsi njegovi odvisniki (opazovalci) obveščeni in samodejno posodobljeni.

7. Vzorec oblikovanja metode stanja

Vzorec načrtovanja stanja se uporablja, ko objekt spremeni svoje vedenje glede na svoje notranje stanje. Če moramo spremeniti vedenje predmeta na podlagi njegovega stanja, imamo lahko spremenljivko stanja v predmetu in uporabimo blok pogojev if-else za izvajanje različnih dejanj na podlagi stanja.

razvrščanje mehurčkov v algoritmu

8. Vzorec oblikovanja metode strategije

Vzorec načrtovanja strategije omogoča izbiro vedenja predmeta med izvajanjem. Je eden izmed oblikovalskih vzorcev Gang of Four (GoF), ki se pogosto uporabljajo v objektno usmerjenem programiranju. Vzorec strategije temelji na ideji enkapsulacije družine algoritmov v ločene razrede, ki izvajajo skupni vmesnik.

9. Vzorec oblikovanja metode predloge

Vzorec oblikovanja metode predloge je definirati algoritem kot okostje operacij in prepustiti podrobnosti, ki jih izvajajo podrejeni razredi. Celotno strukturo in zaporedje algoritma ohrani nadrejeni razred.

10. Oblikovalski vzorec metode obiskovalca

Uporablja se, ko moramo izvesti operacijo na skupini podobnih objektov. S pomočjo vzorca obiskovalca lahko premaknemo operativno logiko iz objektov v drug razred.

Oblikovalski vzorci v različnih jezikih

Vprašanja za intervju o vzorcih načrtovanja programske opreme

• Načrtujte parkirišče z uporabo objektno usmerjenih načel
• Oblikovanje podatkovnih struktur in algoritmov za datotečni sistem v pomnilniku
• Kako preprečiti odsev, serializacijo in kloniranje Singleton Pattern?

Pogosto zastavljena vprašanja o vzorcih načrtovanja programske opreme

1. Kaj so vzorci načrtovanja programske opreme?

• Vzorci načrtovanja programske opreme so rešitve za pogoste težave, ki se pojavijo med razvojem programske opreme, za večkratno uporabo. So predloge za reševanje ponavljajočih se težav pri načrtovanju in zagotavljajo način za ustvarjanje prilagodljivih, razširljivih in vzdržljivih programskih sistemov.

2. Zakaj so vzorci oblikovanja pomembni pri razvoju programske opreme?

• Oblikovalski vzorci spodbujajo najboljše prakse, izboljšajo berljivost kode in olajšajo ponovno uporabo kode. Pomagajo pri ustvarjanju programske opreme, ki je modularna, razširljiva in enostavnejša za vzdrževanje, s čimer skrajšajo čas in trud pri razvoju.

3. Kako se oblikovalski vzorci razlikujejo od algoritmov?

• Oblikovalski vzorci se osredotočajo na reševanje ponavljajočih se oblikovalskih problemov na arhitekturni ali strukturni ravni, s poudarkom na organizaciji kode. Algoritmi pa so postopki po korakih za reševanje specifičnih problemov na računalniški ravni.

4. Katere so pogoste vrste oblikovalskih vzorcev?

• Oblikovalski vzorci so razvrščeni v tri glavne vrste: ustvarjalni, strukturni in vedenjski. Ustvarjalni vzorci se ukvarjajo z ustvarjanjem predmeta, strukturni vzorci s sestavo predmeta, vedenjski vzorci pa s sodelovanjem in odgovornostjo predmeta.

5. Ali lahko navedete primere ustvarjalnih oblikovalskih vzorcev?

• Primeri vključujejo Singleton (zagotavljanje, da ima razred samo en primerek), Factory Method (ustvarjanje objektov brez navedbe točnega razreda) in Abstract Factory (zagotavljanje vmesnika za ustvarjanje družin povezanih ali odvisnih objektov).

6. Kako oblikovalski vzorci povečajo prilagodljivost kode?

• Oblikovalski vzorci spodbujajo ohlapno povezavo med komponentami, kar olajša zamenjavo ali razširitev delov sistema, ne da bi to vplivalo na druge. Ta prilagodljivost je ključnega pomena za prilagajanje spreminjajočim se zahtevam.

7. Kdaj naj uporabim načrtovalske vzorce?

• Načrtovalne vzorce je treba uporabiti, ko naletite na ponavljajoče se težave pri načrtovanju programske opreme. Še posebej so koristni v kompleksnih sistemih, kjer je potreben sistematičen in preverjen pristop k oblikovanju.

8. Ali so vzorci načrtovanja specifični za jezik?

• Ne, načrtovalski vzorci niso vezani na določen programski jezik. Gre za konceptualne rešitve, ki jih je mogoče izvajati v različnih jezikih. Vendar se sintaksa in podrobnosti izvedbe lahko razlikujejo.

9. Kako se lahko naučim in obvladam oblikovalske vzorce?

• Začnite z razumevanjem osnovnih načel oblikovalskih vzorcev. Vadite njihovo implementacijo v svoje projekte in preučite primere iz resničnega sveta. Knjige, spletne vaje in praktična uporaba v projektih prispevajo k obvladovanju oblikovalskih vzorcev.

10. Ali so oblikovalski vzorci uporabni v vseh projektih programske opreme?

• Medtem ko načrtovalski vzorci ponujajo dragocene rešitve za običajne probleme načrtovanja, je njihova uporabnost odvisna od konteksta in kompleksnosti projekta. V enostavnejših projektih so nekateri vzorci morda nepotrebni, medtem ko so v večjih projektih lahko koristni pri vzdrževanju razširljive in organizirane kodne baze.

11. Kakšna je razlika med oblikovalskim vzorcem in anti-vzorcem?

• Oblikovalski vzorci so preizkušene rešitve za običajne težave in spodbujajo najboljše prakse. Nasprotno pa so anti-vzorci običajne pasti ali slabe prakse, ki lahko privedejo do slabe zasnove programske opreme in se jim je treba izogibati.

12. Ali je mogoče pretiravati z oblikovalskimi vzorci?

• Da, prekomerna uporaba oblikovalskih vzorcev brez upoštevanja konteksta in kompleksnosti projekta lahko privede do nepotrebno zapletene kode. Pomembno je preudarno uporabljati oblikovalske vzorce, kjer dodajo vrednost in izboljšajo strukturo kode.

13. Ali lahko ustvarim lastne oblikovalske vzorce?

• Da, ustvarite lahko vzorce oblikovanja po meri glede na posebne potrebe vašega projekta. Vendar pa je ključno zagotoviti, da vzorec obravnava ponavljajočo se težavo in sledi načelom dobrega oblikovanja.

14. Kako so oblikovalski vzorci povezani z vonjem kode?

• Načrtovalni vzorci pomagajo odpraviti vonjave po kodi (znaki slabe zasnove), tako da zagotavljajo preizkušene rešitve pogostih težav. Prepoznavanje in obravnavanje vonjav kode je bistveno za ustvarjanje vzdržljive in učinkovite programske opreme.

15. Ali obstajajo načrtovalski vzorci za načrtovanje baze podatkov?

• Medtem ko se tradicionalni načrtovalski vzorci morda ne nanašajo neposredno na načrtovanje baze podatkov, lahko načela, kot sta normalizacija in denormalizacija, štejemo za načrtovalske vzorce za ustvarjanje učinkovitih in razširljivih struktur baze podatkov.

16. Ali je mogoče vzorce načrtovanja uporabiti v arhitekturi mikrostoritev?

• Da, načrtovalske vzorce je mogoče uporabiti v arhitekturi mikrostoritev za reševanje pogostih izzivov, kot so odkrivanje storitev, komunikacija med storitvami in toleranca napak. Ustrezni so vzorci, kot sta Service Registry in Circuit Breaker.

17. Kako načrtovalski vzorci vplivajo na delovanje sistema?

• Pravilno uporabljeni načrtovalski vzorci lahko povečajo zmogljivost sistema s spodbujanjem učinkovite organizacije kode in zmanjšanjem redundance. Vendar pa lahko slabo izbrani ali preveč uporabljeni vzorci povzročijo nepotrebno zapletenost, kar lahko vpliva na zmogljivost.

18. Ali se morajo mladi razvijalci naučiti oblikovalskih vzorcev?

• Čeprav ni obvezno, lahko učenje načrtovalskih vzorcev bistveno koristi mlajšim razvijalcem, saj jim nudi preizkušene rešitve za običajne težave. Pospeši lahko učni proces in prispeva k pisanju bolj vzdržljive kode.

19. Kako oblikovalski vzorci prispevajo k dokumentaciji kode?

• Načrtovalni vzorci sami po sebi dokumentirajo rešitve pogostih problemov načrtovanja. Ko so razvijalci seznanjeni z oblikovalskimi vzorci, koda postane samodokumentirana, kar drugim olajša razumevanje in prispevanje k projektu.

20. Ali se lahko oblikovalski vzorci uporabijo retroaktivno za obstoječe kodne baze?

• Da, oblikovalske vzorce je mogoče uporabiti za nazaj, vendar lahko postopek vključuje preoblikovanje obstoječe kode. Ključnega pomena je oceniti učinek uvedbe vzorca in zagotoviti, da je usklajen s celotno arhitekturo.

21. Ali obstajajo vzorci oblikovanja za spletni razvoj?

• Da, številni oblikovalski vzorci so uporabni pri spletnem razvoju. Vzorci, kot so MVC, Observer in Singleton, se običajno uporabljajo za organizacijo in strukturiranje kode tako v frontend kot backend razvoju.

22. Kako se oblikovalski vzorci razlikujejo od arhitekturnih vzorcev?

• Oblikovalski vzorci obravnavajo specifična vprašanja oblikovanja na nižji ravni, pri čemer se osredotočajo na ustvarjanje predmetov, kompozicijo in interakcijo. Po drugi strani pa se arhitekturni vzorci ukvarjajo s strukturami višje ravni celotne aplikacije ali sistema.

23. Ali je mogoče načrtovalske vzorce uporabiti v funkcionalnem programiranju?

• Da, oblikovalske vzorce je mogoče prilagoditi za paradigme funkcionalnega programiranja. Funkcionalni oblikovalski vzorci se osredotočajo na sestavljanje funkcij za reševanje problemov in spodbujajo nespremenljivost in apatridnost.

24. Kakšno vlogo imajo oblikovalski vzorci pri vzdržljivosti kode med timskim sodelovanjem?

• Oblikovalski vzorci prispevajo k vzdržljivosti kode z zagotavljanjem skupnega besedišča in strukture. Ko je ekipa seznanjena z oblikovalskimi vzorci, postane sodelovanje učinkovitejše, člani ekipe pa lahko lažje razumejo kodno zbirko in razmišljajo o njej.

25. Ali obstajajo načrtovalski vzorci posebej za sisteme v realnem času?

• Da, sistemi v realnem času pogosto uporabljajo načrtovalske vzorce, prilagojene za reševanje njihovih edinstvenih izzivov. Vzorce, kot je vzorec opazovalca, je mogoče uporabiti za obveščanje o dogodkih v realnem času in sinhronizacijo.