Сравнительный анализ различных архитектурных стилей

Таким образом, у объектов-наблюдателей есть возможность реагировать на изменения состояния объектов-субъектов и синхронизировать свое состояние с ними.Структура:Субъект (Subject): это объект, который содержит некоторое состояние и список зависимых от него наблюдателей. Он предоставляет методы для добавления, удаления и оповещения наблюдателей об изменениях своего состояния.Наблюдатель (Observer): это интерфейс или абстрактный класс, который определяет метод обновления, вызываемый субъектом при изменении его состояния.Конкретный наблюдатель (ConcreteObserver): это класс, который реализует метод обновления и подписывается на оповещения от субъекта.Реализация:Когда состояние субъекта меняется, он оповещает всех своих наблюдателей, вызывая их методы обновления.Наблюдатели получают оповещение и выполняют необходимые действия в соответствии с изменениями состояния субъекта.Субъект предоставляет методы для добавления и удаления наблюдателей из списка зависимостей.Пример использования:В графических интерфейсах шаблон "Наблюдатель" часто используется для обновления элементов пользовательского интерфейса при изменении модели данных.В реальном времени приложения (например, чаты или системы уведомлений) шаблон "Наблюдатель" может использоваться для оповещения пользователей о появлении новых сообщений или событий.Преимущества:Уменьшает зависимость между объектами, так как субъект не зависит от конкретных классов наблюдателей, и наоборот.Обеспечивает гибкость и расширяемость кода, позволяя добавлять и удалять наблюдателей без изменения субъекта.Позволяет реализовать распределенные системы, где изменения одного объекта должны быть отражены в других объектах.Недостатки:Может привести к утечкам памяти, если объекты-наблюдатели не удаляются из списка зависимостей субъекта после своего уничтожения.Может привести к ненужным обновлениям, если субъект часто меняет свое состояние, что приводит к вызовам методов обновления у наблюдателей.Шаблон "Наблюдатель" позволяет создавать слабо связанные системы, где объекты могут обмениваться информацией о своем состоянии без знания друг о друге. Это делает его очень полезным в архитектуре программного обеспечения, где требуется реализация модели-подписчика или издатель-подписчика.4.2 Хранитель (Memento)Шаблон "Хранитель" (Memento) - это поведенческий шаблон проектирования, который используется для сохранения внутреннего состояния объекта так, чтобы оно можно было восстановить позже без нарушения инкапсуляции. Он позволяет объекту сохранять свое текущее состояние в виде снимка (memento) и восстанавливать его в будущем.Вот более подробное объяснение шаблона "Хранитель":Структура:Хранитель (Memento): это объект, который хранит внутреннее состояние снимка (memento) объекта. Он обычно имеет методы для получения и установки состояния снимка.Создатель (Originator): это объект, состояние которого должно быть сохранено и восстановлено. Он создает снимки своего состояния и использует их для восстановления состояния в будущем.Опекун (Caretaker): это объект, который отвечает за сохранение и восстановление состояния создателя. Он хранит снимки состояния и предоставляет интерфейс для их управления.Реализация:Создатель создает снимок своего текущего состояния, вызывая метод создания снимка.Снимок, содержащий текущее состояние создателя, передается опекуну для сохранения.В будущем, когда создателю нужно восстановить свое состояние, опекун предоставляет соответствующий снимок, и создатель восстанавливает свое состояние из него.Пример использования:В текстовом редакторе шаблон "Хранитель" может использоваться для сохранения и восстановления состояния документа, включая его содержимое, форматирование и положение курсора.В игровых приложениях шаблон "Хранитель" может использоваться для сохранения и восстановления состояния игрового уровня, включая положение игрока, количество жизней и прогресс.Преимущества:Позволяет объекту сохранять свое состояние без нарушения инкапсуляции.Упрощает реализацию функциональности отмены и возврата к предыдущим состояниям.Обеспечивает гибкость и расширяемость, так как позволяет сохранять и восстанавливать состояние объекта в любой момент времени.Недостатки:Может привести к увеличению использования памяти и процессорного времени, особенно если объект имеет большое количество состояний для сохранения.Требует осторожного управления доступом к состоянию объекта, чтобы избежать утечек памяти или некорректного восстановления состояния.Шаблон "Хранитель" полезен в ситуациях, когда требуется сохранить состояние объекта так, чтобы его можно было восстановить позже без нарушения инкапсуляции. Он позволяет реализовать функциональность сохранения и восстановления состояния объекта и может быть использован в различных областях, таких как приложения пользовательского интерфейса, игровые движки и системы управления [7].4.3 Команда (Command)Шаблон "Команда" (Command) - это поведенческий шаблон проектирования, который превращает запросы или операции в объекты, позволяя отложить выполнение операций, параметризовать запросы и поддерживать отмену операций. Он инкапсулирует запрос как объект, что позволяет клиентам параметризовать клиентов с различными запросами, очередями или отменять их.Вот более подробное объяснение шаблона "Команда":Структура:Команда (Command): это интерфейс или абстрактный класс, который определяет метод выполнения операции.Конкретная команда (ConcreteCommand): это класс, который реализует метод выполнения операции, вызывая соответствующие методы получателя (receiver).Получатель (Receiver): это объект, который знает, как выполнять операции, связанные с конкретной командой.Отправитель (Invoker): это объект, который передает команды получателю для выполнения. Он также может поддерживать очередь команд или историю выполненных команд.Клиент (Client): это объект, который создает команды и передает их отправителю для выполнения.Реализация:Каждая команда инкапсулирует операцию и ее параметры в объекте.Клиент создает команды, указывая какую операцию выполнить и для какого получателя.Отправитель получает команду от клиента и передает ее получателю для выполнения.Получатель выполняет операцию, вызывая соответствующие методы.Отправитель также может поддерживать возможность отмены операций, храня историю выполненных команд.Пример использования:В текстовых редакторах шаблон "Команда" может использоваться для реализации функциональности отмены и возврата (Ctrl+Z, Ctrl+Y).В играх шаблон "Команда" может использоваться для реализации управления действиями игрока (например, перемещение, стрельба и т. д.).Преимущества:Разделение запроса от его выполнения позволяет легко расширять функциональность и добавлять новые команды без изменения клиентского кода.Поддержка отмены операций (Undo) становится более простой, так как команды могут хранить историю выполненных операций.Недостатки:Может увеличить количество классов в системе из-за введения дополнительных классов для каждой команды.Может усложнить отладку и поддержку из-за введения дополнительных абстракций и взаимодействий между ними.Шаблон "Команда" полезен в ситуациях, когда требуется разделить запрос от его выполнения или поддержать функциональность отмены операций. Он позволяет легко добавлять новые команды и поддерживать гибкость и расширяемость кода.4.4 Посредник(Mediator)Шаблон "Посредник" (Mediator) - это поведенческий шаблон проектирования, который позволяет уменьшить связанность между компонентами системы, обеспечивая их взаимодействие через один объект-посредник. Он снижает непосредственные связи между объектами, управляя их взаимодействием, что делает систему более гибкой и легкой для модификации.Структура:Посредник (Mediator): это объект, который управляет взаимодействием между компонентами системы. Он содержит ссылки на все компоненты и определяет методы для их взаимодействия.Компоненты (Colleague): это объекты, которые содержат логику и состояние, но не должны напрямую взаимодействовать друг с другом. Вместо этого они общаются через посредника.Реализация:Каждый компонент регистрируется в посреднике при создании.Когда компоненту требуется взаимодействовать с другими компонентами, он вызывает соответствующий метод посредника.Посредник реализует логику взаимодействия между компонентами и вызывает нужные методы у других компонентов.Пример использования:В GUI-приложениях посредник может использоваться для управления взаимодействием между различными элементами интерфейса, такими как кнопки, поля ввода и окна.В многопользовательских приложениях посредник может использоваться для управления обменом сообщениями между пользователями.Преимущества:Уменьшает связанность между компонентами системы, что упрощает ее модификацию и сопровождение.Повышает повторное использование компонентов, так как их логика не привязана к конкретным компонентам.Обеспечивает централизованное управление взаимодействием между компонентами, что делает систему более структурированной и легкой для понимания.Недостатки:Может привести к увеличению сложности посредника из-за необходимости обрабатывать все возможные комбинации взаимодействий между компонентами.Может сделать систему менее производительной из-за централизованного управления взаимодействием.Шаблон "Посредник" особенно полезен в ситуациях, где существует большое количество взаимосвязанных компонентов, которые должны взаимодействовать друг с другом. Он позволяет уменьшить связанность и улучшить модульность системы, делая ее более гибкой и легкой для изменения.4.5 Интерпретатор (Interpreter)Шаблон "Интерпретатор" (Interpreter) - это поведенческий шаблон проектирования, который используется для интерпретации и выполнения грамматических правил или инструкций, заданных в виде предложений на некотором языке. Он предоставляет способ интерпретации узлов дерева синтаксического разбора (абстрактного синтаксического дерева), представляющих конструкции языка программирования или предметно-ориентированного языка.Структура:Интерфейс выражения (Expression): определяет метод interpret(), который выполняет интерпретацию выражения.Терминальное выражение (TerminalExpression): реализует интерфейс выражения и представляет терминальные узлы дерева синтаксического разбора. Эти выражения не содержат других выражений.Нетерминальное выражение (Non-TerminalExpression): реализует интерфейс выражения и представляет нетерминальные узлы дерева синтаксического разбора. Они содержат другие выражения как подвыражения.Контекст (Context): содержит информацию, необходимую для интерпретации выражений.Клиент (Client): создает и конфигурирует объекты выражений, представляющие предложения для интерпретации.Реализация:Клиент создает объекты выражений, представляющие конструкции языка, и конфигурирует их в виде дерева синтаксического разбора.Когда нужно выполнить интерпретацию предложения, клиент передает корневой узел дерева синтаксического разбора контексту для интерпретации.Контекст передает управление корневому выражению, которое начинает рекурсивно интерпретировать свои подвыражения.Пример использования:В компиляторах шаблон "Интерпретатор" может использоваться для выполнения синтаксического анализа и интерпретации исходного кода на высокоуровневых языках программирования.В языках запросов к базам данных шаблон "Интерпретатор" может использоваться для интерпретации выражений запросов и выполнения их против базы данных.Преимущества:Упрощает добавление новых операций или функциональности в систему, так как новые выражения могут быть добавлены путем создания новых классов выражений.Позволяет представлять грамматику языка в виде объектов, что делает ее более легкой для понимания и модификации.Недостатки:Может привести к увеличению сложности иерархии классов из-за создания множества классов выражений для различных конструкций языка.Шаблон "Интерпретатор" полезен в ситуациях, когда нужно интерпретировать и выполнить грамматические конструкции или инструкции на некотором языке, представленном в виде предложений. Он позволяет представлять грамматику языка в виде объектов, что делает ее более легкой для анализа и выполнения.4.6 Контроллер (Controller)Контроллер (Controller) - это паттерн проектирования, который используется в структуре приложения с архитектурой MVC (Model-View-Controller), где он отвечает за обработку входящих запросов от пользователей, взаимодействие с моделью данных и передачу данных в представление для отображения.Вот более подробное объяснение:Структура:Модель (Model): отвечает за представление данных и бизнес-логики приложения.Представление (View): отвечает за отображение данных пользователю.Контроллер (Controller): отвечает за обработку входящих запросов от пользователей, взаимодействие с моделью данных и передачу данных в представление.Реализация:Когда пользователь взаимодействует с интерфейсом приложения, например, отправляет форму или кликает на ссылку, это генерирует запрос, который отправляется на сервер.Контроллер, находясь на сервере, получает этот запрос и анализирует его, чтобы определить, какому действию он соответствует.После определения действия, контроллер может взаимодействовать с моделью данных для выполнения нужных операций, таких как получение, обновление или удаление данных.После завершения операций с данными контроллер передает необходимую информацию представлению для отображения результатов пользователю.Пример использования:В веб-приложениях контроллер может обрабатывать запросы от пользователей и управлять действиями, такими как регистрация, аутентификация, отправка данных формы и другие.В приложениях с графическим интерфейсом контроллер может обрабатывать действия пользователя, такие как нажатия кнопок, выбор элементов меню и другие.Преимущества:Разделение обязанностей: контроллер отвечает исключительно за обработку запросов и взаимодействие с моделью, что улучшает разделение обязанностей в приложении.Гибкость: благодаря структуре MVC, приложение становится более гибким и легким для модификации и расширения.Недостатки:В некоторых случаях контроллер может стать слишком сложным, если в приложении слишком много различных типов запросов и действий, что может привести к усложнению его тестирования и поддержки.Контроллер - это ключевой элемент архитектуры MVC, который обеспечивает связь между пользовательским интерфейсом и бизнес-логикой приложения, делая его более структурированным, гибким и легким для понимания и разработки [8].ЗаключениеВ ходе выполнения данного исследования были достигнуты все поставленные задачи:Были изучены основные категории шаблонов проектирования, включая базовые, порождающие, структурные и поведенческие шаблоны.Проведен анализ принципов работы и особенностей применения каждой категории шаблонов, позволивший понять, какие задачи они решают и как они взаимодействуют друг с другом.Рассмотрены практические примеры применения шаблонов проектирования в различных областях разработки программного обеспечения, что позволило увидеть их реальное применение и пользу.Выявлены преимущества и недостатки использования шаблонов проектирования, что позволило сделать выводы о том, в каких ситуациях их применение наиболее оправдано.Проведем сравнение стилей:КатегорияОписаниеСравнение между стилямиБазовые шаблоны проектированияОпределяют основные концепции и архитектурные принципы, на которых строится проектирование системы.Основные шаблоны являются базовыми строительными блоками для проектирования систем, в то время как остальные категории предоставляют более конкретные шаблоны для определенных задач.Порождающие шаблоныИспользуются для создания объектов и структур системы, обеспечивая гибкость и управление процессом создания объектов.Порождающие шаблоны акцентируют внимание на создании и конфигурировании объектов, тогда как остальные категории шаблонов сосредотачиваются на их организации и взаимодействии.Структурные шаблоныОпределяют способы компоновки объектов и классов в более крупные структуры, обеспечивая эффективное управление отношениями между ними.Структурные шаблоны направлены на улучшение архитектуры системы путем оптимизации взаимодействия между объектами и уменьшения связности.Поведенческие шаблоныОпределяют способы организации взаимодействия и обмена данными между объектами, управления потоком управления и коммуникации в системе.Поведенческие шаблоны обеспечивают эффективное управление поведением объектов и их взаимодействием в рамках системы.Таким образом, все поставленные цели и задачи были успешно выполнены, и исследование позволило получить глубокое понимание шаблонов проектирования и их роли в разработке программного обеспечения.Список использованной литературыГамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. — СПб: Питер, 2015.Вайсфельд, Мэтт Объектно-ориентированное мышление / Мэтт Вайсфельд. - М.: Питер, 2023. - 371 c.Э.Фримен, К.Сьерра, Б.Бейтс. Паттерны проектирования — СПб: Питер, 2011.Комлев, Николай Юрьевич Объектно Ориентированное Программирование. Хорошая книга для Хороших Людей / Комлев Николай Юрьевич. - М.: Солон-Пресс, 2021. - 138 c.Р. Мартин. Чистый код. Создание, анализ и рефакторинг — СПб: Питер, 2010.О. Дубина. Обзор паттернов проектирования [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www. URL: http://citforum.ru/SE/project/pattern/Йордон, Эдвард Объектно-ориентированный анализ и проектирование систем / Эдвард Йордон , Карл Аргила. - М.: ЛОРИ, 2022. - 264 c.Craig Larman. Applyin Craig Larman g UML and Patterns: An Introduction to ObjectOriented Analysis and Design and Iterative Development (3rd Edition) Hardcover – October 30, 2004.