ШАБЛОНЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Шаблон проектирования, или паттерн, в разработке программного обеспечения — повторяемая архитектурная конструкция, представляющая собой решение проблемы проектирования, в рамках некоторого часто возникающего контекста.

Шаблоны бывают следующих трех видов:

1. Порождающие;
2. Структурные;
3. Поведенческие.

Если говорить простыми словами, то это шаблоны, которые предназначены для создания экземпляра объекта или группы связанных объектов

Порождающие шаблоны — шаблоны проектирования, которые имеют дело с процессом создания объектов. 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);
• фабричный метод (Factory Method);
• абстрактная фабрика (Abstract Factory);
• строитель (Builder);
• прототип (Prototype);
• одиночка (Singleton).

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».

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.

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 — 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.

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

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

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.

Прототип относится к классу порождающих шаблонов. Прототип позволяет копировать объекты, не вдаваясь в подробности их реализации. Он используется для задания вида создаваемых объектов на основе объекта прототипа, от которого происходит передача внутреннего состояния. Он сродни фабричному методу, позволяет избавиться от жесткой привязки к классам, задаёт виды создаваемых объектов с помощью экземпляра-прототипа и создаёт новые объекты путём копирования этого прототипа. Используется когда необходим объект, похожий на существующий объект, либо когда создание будет дороже клонирования.

Одиночка — порождающий шаблон проектирования, гарантирующий, что в однопроцессном приложении будет единственный экземпляр некоторого класса, и предоставляющий глобальную точку доступа к этому экземпляру. Обеспечивает тот факт, что создаваемый объект является единственным объектом своего класса.

Структурные шаблоны проектирования отвечают за построение удобных в поддержке иерархий классов. Известны следующие шаблоны этой группы:

• Adapter  или Адаптер. Позволяет объектам с несовместимыми интерфейсами работать вместе. Типичным примером использования шаблона Адаптер можно назвать создание классов, приводящих к единому интерфейсу функции языка PHP обеспечивающие доступ к различным СУБД.
• Bridge  или Мост. Разделяет один или несколько классов на две отдельные иерархии — абстракцию и реализацию, позволяя изменять их независимо друг от друга. При частом изменении класса преимущества объектно-ориентированного подхода становятся очень полезными, позволяя делать изменения в программе, обладая минимальными сведениями о реализации программы. Шаблон мост является полезным там, где часто меняется не только сам класс, но и то, что он делает.
• Composite  или Компоновщик. Структурный шаблон проектирования, объединяющий объекты в древовидную структуру для представления иерархии от частного к целому. Компоновщик позволяет клиентам обращаться к отдельным объектам и к группам объектов одинаково. Паттерн определяет иерархию классов, которые одновременно могут состоять из примитивных и сложных объектов, упрощает архитектуру клиента, делает процесс добавления новых видов объекта более простым.
• Decorator  или Декоратор. Позволяет динамически добавлять объектам новую функциональность, оборачивая их в полезные «обёртки».
• Facade  или Фасад. Структурный шаблон проектирования, позволяющий скрыть сложность системы путём сведения всех возможных внешних вызовов к одному объекту, делегирующему их соответствующим объектам системы. экземпляр в разных местах программы, по факту не является таковым.
• Proxy или Заместитель. Позволяет подставлять вместо реальных объектов специальные объекты-заменители. Эти объекты перехватывают вызовы к оригинальному объекту, позволяя сделать что-то до или после передачи вызова оригиналу.
• Flyweight или приспособленец. Структурный шаблон проектирования, при котором объект, представляющий себя как уникальный экземпляр в разных местах программы, по факту не является таковым.

Поведенческие шаблоны проектирования

• Chain of Responsibility или Цепочка обязанностей. Поведенческий шаблон проектирования предназначенный для организации в системе уровней ответственности.
• Command или Команда. Позволяет вам инкапсулировать действия в объекты. Основная идея, стоящая за шаблоном — это предоставление средств, для разделения клиента и получателя.
• Iterator или Итератор. Представляет собой объект, позволяющий получить последовательный доступ к элементам объекта-агрегата без использования описаний каждого из агрегированных объектов
• Mediator или Посредник. Позволяет уменьшить связанность множества классов между собой, благодаря перемещению этих связей в один класс-посредник.
• Memento или Хранитель. Позволяет сохранять и восстанавливать прошлые состояния объектов, не раскрывая подробностей их реализации.
• Observer или Наблюдатель. Создает механизм у класса, который позволяет получать экземпляру объекта этого класса оповещения от других объектов об изменении их состояния, тем самым наблюдая за ними.
• State или Состояние. Позволяет объектам менять поведение в зависимости от своего состояния. Извне создаётся впечатление, что изменился класс объекта.
• Strategy или Стратегия. Предназначен для определения семейства алгоритмов, инкапсуляции каждого из них и обеспечения их взаимозаменяемости. Это позволяет выбирать алгоритм путём определения соответствующего класса. Шаблон Strategy позволяет менять выбранный алгоритм независимо от объектов-клиентов, которые его используют.
• Template Method или Шаблонный метод. Определяет скелет алгоритма, перекладывая ответственность за некоторые его шаги на подклассы. Паттерн позволяет подклассам переопределять шаги алгоритма, не меняя его общей структуры.
• Visitor или Посетитель. Позволяет добавлять в программу новые операции, не изменяя классы объектов, над которыми эти операции могут выполняться.

В сравнении с полностью самостоятельным проектированием, шаблоны обладают рядом преимуществ. Основная польза от использования шаблонов состоит в снижении сложности разработки за счёт готовых абстракций для решения целого класса проблем.