目次のタイトル
最新のソフトウェア開発におけるデザインパターンの適用
導入
デザイン パターンは、ソフトウェア設計における一般的な問題を解決するためのソフトウェア エンジニアリングにおける優れた実践方法です。デザイン パターンは、標準的なプログラミングの実践を提供するだけでなく、コードの読みやすさ、保守性、拡張性の向上にも役立ちます。この記事では、一般的に使用されるさまざまな設計パターンを詳細に紹介し、実際のアプリケーション シナリオに基づいて詳細な分析を行います。
「デザイン パターンは、エレガントで保守可能なコードの構成要素です。」— ロバート C. マーティン、「クリーン コード」
創作パターン
シングルトンパターン
シングルトン パターンは、クラスがインスタンスを 1 つだけ持ち、グローバル アクセス ポイントを提供することを保証するために使用されます。これは、ログ システム、リソース マネージャー、スレッド プール、メモリ プールなどのシナリオで役立ちます。
// C++ 单例模式实现
class Singleton {
public:
static Singleton& getInstance() {
static Singleton instance;
return instance;
}
private:
Singleton() {
}
};
ファクトリーパターン
ファクトリ パターンはオブジェクトの作成に使用され、オブジェクトの構築プロセスがカプセル化されます。このモデルは、オープンソース プロジェクト NVDLA のコンパイラーと LLVM のパスに適用されます。
// C++ 工厂模式实现
class Factory {
public:
static Product* createProduct(string type) {
if (type == "A") return new ProductA();
if (type == "B") return new ProductB();
return nullptr;
}
};
構造パターン
アダプターのパターン
アダプター モードは、互換性のない 2 つのインターフェイスを接続するために使用されます。STL のコンテナ アダプタのスタックとキューは、オブジェクト アダプタの優れた使用例です。
// C++ 适配器模式实现
class Adapter : public Target, private Adaptee {
public:
void request() override {
specificRequest();
}
};
プロキシパターン
プロキシ パターンは、元のオブジェクトへのアクセスを制御するオブジェクトにプロキシを提供するために使用されます。C++ のスマート ポインターと参照カウントは、プロキシ パターンの応用です。
// C++ 代理模式实现
class Proxy : public Subject {
public:
void request() override {
realSubject.request();
}
private:
RealSubject realSubject;
};
行動パターン
オブザーバーパターン
Observer パターンは、1 対多の依存関係を確立するために使用され、オブジェクトの状態が変化すると、そのオブジェクトに依存するすべてのオブジェクトに通知されます。Qt のシグナルとスロットのメカニズムは、オブザーバー パターンを応用したものです。
// C++ 观察者模式实现
class Observer {
public:
virtual void update(int value) = 0;
};
戦略パターン
戦略パターンは、一連のアルゴリズムを定義し、各アルゴリズムを相互に置き換えられるようにカプセル化するために使用されます。
// C++ 策略模式实现
class Strategy {
public:
virtual void algorithm() = 0;
};
デザインパターンの適用シナリオ
• シングルトン モード: ロギング システム、リソース マネージャー、スレッド プール、メモリ プールなど。
• ファクトリ モード: 開始および終了の原則に従って、作成されたオブジェクトをカプセル化します。ファクトリ パターンは、オブジェクトの構築プロセスをカプセル化し、オブジェクトを作成するためのインターフェイスを統一的かつ簡潔にする一方で、開閉の原則に準拠し、拡張が容易であるため、多くのプロジェクトで広く使用されています。オープンソース プロジェクト NVDLA のコンパイラーでのさまざまなノードの確立と LLVM でのパスには、すべてファクトリー モードのユースケースがあります。
• アダプター パターン: STL のコンテナー アダプター スタックとキューは、オブジェクト アダプターの優れた使用例です。プロジェクト開発でもよく使われます。
• オブザーバー パターン: 頻繁に使用されるオブザーバー パターンは 1 対多の連携を確立し、1 つのオブジェクトが変更されると自動的に他のオブジェクトに通知し、他のオブジェクトが応答します。メッセージ更新、ブロードキャストメカニズム、メッセージ配信、チェーントリガー...Qt のシグナルやスロットメカニズムなど
• 責任連鎖モデル: リクエストの送信者と受信者を切り離し、複数のオブジェクトがリクエストを処理する機会を持てるようにします。リクエストを受信するオブジェクトをチェーンに接続し、オブジェクトが処理できるようになるまでこのチェーンに沿ってリクエストを渡します。責任連鎖モデルを使用すると、拡張が容易になるだけでなく (受信者を追加するときに、連鎖内の適切な位置に対応する処理メソッドを挿入するだけで済みます)、コード。責任連鎖パターンは、階層関係や権限関係を持つツールやタスク処理シナリオの設計に適用できます。
• ストラテジ パターン: さまざまなアルゴリズム (ストラテジ) をカプセル化するためにファクトリ パターンと組み合わせられることが多く、C++ ポリモーフィック メカニズムと組み合わせて、ストラテジ パターンは実際の開発プロセスで広く使用されます。
• プロキシ モード: C++ スマート ポインター、参照カウントなど。
• コンポジット モード: GUI
•ビルダー パターン: 同じ構築プロセスで異なる表現を作成できるように、複雑なオブジェクトを作成するステップを分離するために使用されます。たとえば、複雑なドキュメントを作成したり、複雑な食事を作成したりするなどです。
•プロトタイプ パターン: オブジェクトのクローンを作成するために使用されます。プロトタイプ パターンは、オブジェクトの作成コストが高い場合や、オブジェクトの共有状態が多い場合に使用できます。たとえば、JavaScript でのプロトタイプ チェーンの実装です。
•ブリッジ パターン: 抽象化をその実装から分離し、独立して変更できるようにします。たとえば、ドライバーとデバイスの間のインターフェイス、またはさまざまなデータベース ドライバーです。
•デコレータ パターン: 既存のオブジェクトの構造を変更せずに、新しい機能を追加できます。たとえば、Java の I/O ストリーム、GUI コンポーネントの装飾などです。
• Flyweight パターン: メモリ使用量を削減し、パフォーマンスを向上させるために作成されるオブジェクトの数を減らすために使用されます。たとえば、スモール オブジェクト キャッシュ、文字列プールなどです。
•テンプレート メソッド パターン: アルゴリズムのスケルトンをメソッド内で定義しますが、一部のステップをサブクラスに延期します。サブクラスは、アルゴリズムの構造を変更せずに特定のステップを再定義できます。たとえば、データベース接続の共通手順、アルゴリズムの共通手順などです。
•コマンド パターン: リクエストをオブジェクトとしてカプセル化し、ユーザーがさまざまなリクエストを使用したり、リクエストをキューに入れたり、リクエスト ログを記録したりできると同時に、可逆操作をサポートします。たとえば、GUI のボタンやメニュー項目、元に戻す機能ややり直し機能などです。
• Mediator Pattern : オブジェクト間の直接通信を減らし、通信を仲介オブジェクトに依存させます。たとえば、チャット ルーム、航空機の塔と航空機間の通信などです。
• Memento パターン: オブジェクトの内部状態をキャプチャし、カプセル化を破壊することなくこの状態をオブジェクトの外部に保存します。こうすることで、後でオブジェクトを元の保存状態に復元できます。たとえば、元に戻す機能、ゲーム状態の保存などです。
•訪問者パターン: 既存のクラスを変更せずに新しい操作を追加します。たとえば、コンパイラ構文ツリーの走査、レポート生成などです。
要約する
デザイン パターンは、一般的な問題を解決する洗練された方法を提供するため、ソフトウェア開発における重要なツールです。デザインパターンを利用することで、コードの品質を向上させるだけでなく、開発効率も向上させることができます。
「プログラムは人が読めるように書かれなければなりませんが、偶然に機械が実行できるようにする必要があります。」— Harold Abelson および Gerald Jay Sussman、「コンピュータ プログラムの構造と解釈」
デザインパターンはプログラミングの芸術であるだけでなく、思考の芸術でもあります。これらは、人々が問題を解決し、複雑なシステムを組織する普遍的な方法を反映しています。
この記事がデザイン パターンの理解と適用に役立つことを願っています。
「正如Bjarne Stroustrup在《C++プログラミング言語》中所说：「ソフトウェア開発の最も重要な側面は、何を構築しようとしているのかを明確にすることです。」
プログラミング学習において、理解することは、より高いレベルに進むための重要なステップです。ただし、新しいスキルやアイデアを習得するには、常に時間と粘り強さが必要です。心理学の観点から見ると、学習には絶え間ない試行錯誤と調整が伴うことが多く、これは私たちの脳が問題を解決するための「アルゴリズム」を徐々に最適化していくのと似ています。
このため、間違いに遭遇したときは、それを単なる煩わしさとしてではなく、学び改善する機会として捉える必要があります。これらの問題を理解して解決することで、現在のコードを修正できるだけでなく、プログラミング スキルを向上させ、将来のプロジェクトで同じ間違いを犯すことを防ぐことができます。
皆さんも積極的に参加し、プログラミング スキルを継続的に向上させることをお勧めします。あなたが初心者であろうと経験豊富な開発者であろうと、私のブログがあなたの学習の旅に役立つことを願っています。この記事が役立つと思われる場合は、クリックしてブックマークするか、コメントを残して洞察や経験を共有してください。また、私のブログの内容について提案や質問をすることも歓迎します。「いいね！」、コメント、共有、そして注目のすべてが私にとって最大のサポートであり、共有と創造を続ける動機です。
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