informática iii - 2008ing. estela d'agostino1 patrones de diseÑo y estructuras de datos
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PATRONES DE DISEÑO Y
ESTRUCTURAS DE DATOS
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Hardware Software
Poder reusar componentes y lograr un mantenimiento fácil.Lograr un software flexible
habitualmente
Patrones de diseño
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• Un buen diseño de software produce código que es reusable y escalable y la clave para que estas dos características estén presentes son:– Utilizar buenas abstracciones– Descomposición de los sistemas en
subsistemas más acotados.
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Problema Solución
La solución debe ser tal, que sirvacada vez que se presenta
el mismo problema
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Patrones de diseño
.
Ingeniero Resuelve problemasAplicando estándares
Las buenas soluciones permanecen, las malas se rechazan.Todo ingeniero debe conocer y saber aplicar los estándares conocidos
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• Se definen con un alto nivel de abstracción.
• Son independientes de los lenguajes de programación y de los detalles de implementación.
• Los patrones promueven y facilitan la reutilización de arquitecturas y diseños de software que han demostrado su validez en muchas aplicaciones.
Patrones de diseño
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• Erich Gamma, Richard Helm, John Vlissides y Ralph Johnson
• Design Patterns.
• 1994
Patrones de diseño
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• “Son descripciones de clases y objetos relacionados que están adaptados para resolver un problema de diseño general en un contexto determinado”.
Erich Gamma, Richard Helm, John Vlissides y Ralph Johnson
Patrones de diseño
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• Aplica la idea de patrones de diseño al diseño de software
• Describe una estructura dentro de la cual catalogar y describir patrones
• Cataloga 23 patrones
• Destaca estrategias y aproximaciones basadas en el diseño de patrones
Patrones de diseño
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• No crearon los patrones descriptos en el libro.
• Los descubrieron como existentes dentro de la comunidad del software
Patrones de diseño
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Porque estudiar patrones de diseño
• Reuso de soluciones de diseño.
• Establecer terminología común.
• Dan una perspectiva de alto nivel sobre el análisis y diseño.
Patrones de diseño
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Clases de patrones de software
• Patrones de arquitectura: proporciona un conjunto de subsistemas predefinidos, especifica responsabilidades y relaciones entre ellos.
• Patrones de programación: tiene que ver con las posibilidades de bajo nivel que tiene un lenguaje de programación determinado.
• Patrones de análisis: describen un conjunto de prácticas que aseguran la obtención de un buen modelo de un problema y su solución.
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• Patrón de diseño: proporciona un esquema para refinar los subsistemas o componentes de un sistema de software, o las relaciones entre ellos. Describe estructuras repetitivas de comunicación de componentes que resuelven un problema de diseño en un contexto particular
Clases de patrones de software
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Otros tipos de patrones
• Patrones de programación concurrente
• Patrones de interfaz gráfica
• Patrones de organización de código
• Patrones de optimización de código
• Patrones de robustez de código
• Patrones de fases de prueba
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Clasificación de patrones (GoF)
• Patrones de creación : Tratan de la inicialización y configuración de clases y objetos.
• Patrones estructurales: Tratan de desacoplar interfaz e implementación de clases y objetos:
• ¿Cómo se componen clases y objetos?
• Patrones de comportamiento: Tratan de las interacciones dinámicas entre sociedades de clases y objetos:
• ¿Cómo interaccionan y se distribuyen responsabilidades los objetos?
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Propósito
De creación Estructurales Comportamiento
Factory Method
Adapter Interpreter
Template Method
Abstract Factory
Adapter
Builder Bridge Chain of responsability
Prototype Composite Command
Singleton Decorator Mediator
Facade Memento
Flyweight Observer
Proxy State
Strategy
Visitor
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Patrón state
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• Programe para una interfaz, no para una implementación.
• Favorecer la composición frente a la herencia de clases.
• Encuentre lo que varía y encapsúlelo.
Principios básicos de los patrones de diseño
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• La clase de un objeto define el estado interno y la implementación del mismo.
• El tipo de un objeto sólo se refiere a su interfaz. Conjunto de operaciones a las cuales puede responder.
• Un objeto puede tener muchos tipos. • Objetos de clases diferente pueden tener
el mismo tipo.
Patrones de diseño
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Herencia de clases
Define la implementación
de un objeto en términos
de la implementación de
otros.
Patrones de diseño
Herencia de interfaces
Describe cuando se
puede usar un objeto
en lugar de otro.
No todos los lenguajes hacen esta distinción explícita
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Manipular objetos en función de la interfaz
definida por la clase abstracta, de la cual
extiende, tiene dos ventajas:
Patrones de diseño
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Los clientes no tienen que conocer los tipos específicos de los objetos que usan, basta con que estos cumplan con la interfaz que esperan los clientes.
Patrones de diseño
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Patrones de diseño
Herencia de clases
Ventajas•Se define estáticamente•Fácil modificación de la implementación
Desventajas•No se cambian implementaciones en tiempo de ejecución•Rompe encapsulamiento
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Composición de objetos
Patrones de diseño
Ventajas•Se define dinámicamente•No se rompe encapsulamiento
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Patrones de diseño
Que debería ser variable en su diseño
Que puede ser cambiado en su diseño, sin necesidad de rediseñar.Encapsule lo que puede variar.
•Distintos algoritmos de ordenación de arreglos
•Encapsule cada algoritmo en una clase
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Beneficios de los patrones• Los patrones favorecen la reutilización de diseños y
arquitecturas a gran escala.• Capturan el conocimiento de los expertos y lo hacen
accesible a toda la comunidad software.• Proporcionan un cuerpo de conocimiento utilizable
por toda la comunidad software.• Favorecen la transmisión de conocimiento entre
profesionales y entre clientes y desarrolladores• Proporcionan un lenguaje común. Los nombres de
los patrones forman parte del vocabulario técnico del ingeniero software.
Esto esta revirtiendose
Los lenguajes usan patrones para implementar estructuras de datos
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Problema de los patrones
• Los patrones, no llevan de forma directa a la reutilización del código, aunque dicha reutilización se facilita mediante su uso.
• La integración de los patrones en el proceso de desarrollo se hace todavía de forma manual.
• El número de patrones identificados es cada vez más grande. Las clasificaciones actuales no siempre sirven de guía para decidir cual usar.
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• El número de combinaciones patrones estilos y atributos que se dan en la práctica son incontables.
• Los patrones se validan por la experiencia y el debate, no mediante la aplicación de técnicas formales.
Problema de los patrones
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Cómo seleccionar un patrón de diseño
• Considerar cómo los patrones de diseño solucionan problemas de diseño.
• Buscar las intenciones de cada patrón.• Estudiar cómo se interrelacionan los patrones.• Estudiar patrones de propósito similar.• Examinar la causa de un rediseño.• Considerar que debería ser variable en un
diseño.
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Problema a resolver
Existe un archivo de texto, el que se debe leer en distintos momentos y bajo condiciones variables.
Como lo resuelvo?
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Problema a resolver
Leer solo las palabras que comiencen con t
Leer las palabras de más de 5 caracteres
Leer los palíndromos
Varia la estrategia de lectura
Encapsular
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Patrón Estrategia<interface> Strategy
checkStrategy (...)
EstrategiaAbstracta
checkStrategy (...)
Mayor5
checkStrategy (...)
Palindromo
checkStrategy (...)
ComenzarCon
checkStrategy (...)
Cliente
- CheckStrategy miestrategia
Encapsular
Programar para una interface
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Patrón Estrategia
• public interface Strategy { public boolean checkStrategy(String s); }
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Patrón Estrategia
• public class ComenzarConT extend EstrategiaAbstracta implements Strategy { public boolean checkStrategy(String s) { if( s == null || s.length() == 0) return false; return s.charAt(0) = 't'; } }
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Patrón Estrategia
• public class Mayor5 extend EstrategiaAbstracta implements Strategy { public boolean checkStrategy(String s) { if(s == null) return false; return s.length() > 5; } }
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Patrón Estrategia
• public class Palindrome extend EstrategiaAbstracta implements Strategy { public boolean checkStrategy(String s) { if(s == null) return false; int length = s.length(); if(length < 2) return true; int half = length/2; for(int i = 0; i < half; ++i) if(s.charAt(i) != s.charAt(length - 1 - i)) return false; return true; } }
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public void printWhen(String filename, Strategy which) throws IOException { BufferedReader infile = new BufferedReader(new FileReader(filename));
String buffer = null; while((buffer = infile.readLine()) != null) {
StringTokenizer words = new StringTokenizer(buffer);
while( words.hasMoreTokens() ) {
String word = words.nextToken(); if (which.checkStrategy(word)) System.out.println(word);
} } }
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Estructura de datos
•Una estructura de datos es un contenedor que almacena datos.
•Existen estructuras de datos estandarizadas y que pueden clasificarse según distintos criterios.
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Estructura de datos
• Extraer objetos de un contenedor no implica destruir el objeto.
• Un contenedor puede contener objetos por valor o por referencia.
objeto1 objeto2objeto3
objeto1 objeto2objeto3
referencia1 referencia2referencia3
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Clasificación de los contenedores
1. Ordenados
No ordenados
2. Con elementos repetidos
sin elementos repetidos
3. Secuencial (método de acceso)
Aleatorio
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Operaciones sobre el contenedor
•Creación
•Destrucción
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Servicios que brinda el contenedor•Inserción
•Extracción
•Búsqueda
•Iteración
•Cardinalidad
•Vaciado
•siguiente ( )(para contenedores ordenados)
•anterior ( )
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Estructura de datos
• Simples
• Estructurados • Estáticas
• Dinámicas
• Recorrido lineal
• Recorrido no lineal
Tamaño fijo
Tipos de datos fundamentales
Listas
Árboles Listas
enlazadas
Grupo de tipos de datos fundamentales o TDA
Tamaño variable
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Clases contenedoras
• Los objetos pueden almacenar datos, recuperar datos y remover datos.
Clase contenedora: cuyo estado cambia al remover o insertar objetos. Puede variar entre un estado vacío a uno no vacío
Objetos
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Estructura de datos implementadas por la mayoría de los lenguajes
•Dinámicos: varían el tamaño de la estructura de datos, el comportamiento para insertar y extraer elementos, por como se recorren y algunas características más según como se implementen en el lenguaje.
– Pilas: – Colas: – Listas enlazadas: – Conjuntos: – Árboles:
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Pilas
• Es una estructura que se conoce como de tipo LIFO (Last Input First Output).
• Se puede implementar de distintas formas.
• Habitualmente tiene, entre otros, dos métodos añadir(.....) y sacar (....).
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Pilas
Elemento 1 Elemento 2 Elemento n..................
Inserto elemento
s
Extrae elemento
s
Implementación estática
Elemento 1
Elemento 2
Elemento n
Elemento 3..................
Inserto elemento
s
Extrae elemento
s
Implementación dinámica
Cabecera
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Colas
• Es una estructura que se conoce como de tipo FIFO (First Input First Output).
• Se puede implementar de distintas formas.
• Habitualmente tiene, entre otros, dos métodos o procedimientos añadir(.....) y sacar (....).
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Listas enlazadas
• Es una estructura que acepta inserción o extracción de elementos en cualquier lugar, al principio, al final o en un lugar determinado. Pueden estar implementadas de forma estática o dinámica.
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ArbolesUn árbol es una estructura de datos no lineal y homogénea en el que cada elemento puede tener varios elementos posteriores, pero tan sólo puede tener un elemento anterior.
Árbol binario
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Patrones de comportamiento y estructuras de datos
Las clases contenedoras pueden cambiar su estado al insertar o remover objetos. Por lo tanto se pueden utilizar patrones de comportamiento para representar ese cambio de estado.
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Clase Lista implementada con patrones
EstadoNoVacío
insertar (Lista, Object, Object)
EstadoVacio
insertar (Lista, Object, Object)
EstadoAbs
insertar (Lista, Object, Object)
Lista
private EstadoAbs estado
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Recorrido de una estructura de datos
Patron iterator
AgregadoAbs
CrearIterador()
Agregado
CrearIterador()
Iterador
primero()
siguiente()
haTerminado()
elementoActual()
Iterador
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Framework Collections de Java
• Contiene interfaces, clases abstractas e implementaciones de clases concretas que me permiten manejar datos estructurados.
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Framework Collections de Java
Interfaces
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Características de las interfaces
• Collections: metodos para agregar y extraer elementos.• Sets: no permite elementos duplicados.• SortedSet: permite elementos ordenados.• List: colección ordenada, sepueden agregar elementos en
lugares a elección.• Queue: trabaja como una estructura FIFO.• Map: mantiene claves pares clave-valor.• SortedMap: mantiene claves pares clave-valor, en un orden
especificado.
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Clases que implementan las interfaces
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Beneficios del framework de collecciones de java
• Reduce el esfuerzo de programación.
• Aumenta la calidad.
• Reduce el esfuerzo para diseñar nuevas APIs.
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Biblioteca estandar de patrones STL en C++
• Contenedores
• Adaptadores de contenedores
• Contenedores asociativos
• Iteradores
• Otros
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• Vector<T>: arreglo de elementos de tipo T de tamaño variable.
• List>T>: lista doblemente enlazada.
• Dequeu<T>: es parecida a Vector<T>, pero inserta al principio fácilmente
• Stack<T>: es un adaptador que sirve para construir una pila de cualquiera de las 3 estruc anteriores.
• Queue<T>: esuna FIFO
• Priority_Queue: es un tipo de cola en la que los elementos están ordenados de forma que cada vez que extraemos un elemento de ella obtenemos el de mayor prioridad
Biblioteca estandar de patrones STL en C++