Daniel.Bardou et Julie Dugdale @upmf-grenoble.fr
Génie LogicielGénie Logiciel
Introduction au
patrons de conception
« Design patterns »
Génie logiciel 6-2Master ICA
Sommaire Qu'est ce qu'un patron? Pourquoi les utiliser? Historique des patrons logiciels Types de patrons logiciels Types de patrons de conception
Création, Structure, Comportement Un exemple de patron de comportement Templates de patron Avantages et désavantages d'utiliser des patrons
Génie logiciel 6-3Master ICA
Qu'est ce qu'un patron de conception?
L'utilisation actuelle vient des travaux de l'architecte Christopher Alexander
Alexander a étudié les manières d'améliorer le processus de conception de bâtiments et des zones urbaines
“Chaque patron est une règle en 3 parties, qui exprime une relation entre un certain contexte, un problème et une solution.”
La définition habituelle d'un patron est :
“Une solution à un problème dans un contexte.”
Les patrons peuvent être utilisés dans de nombreux domaines différents, y compris le développement logiciel.
Génie logiciel 6-4Master ICA
Pourquoi utiliser les patrons? "Concevoir un logiciel orienté-objet est difficile, et concevoir
un logiciel orienté-objet réutilisable est encore plus difficile." - Erich Gamma
Les concepteurs expérimentés réutilise des solutions qui ont fonctionné dans le passé
Les systèmes orientés-objet bien structurés suivent des patrons récurrents pour les classes et objets
Les patrons qui ont fonctionné dans le passé permettent d'être plus productif. Les conceptions qui en résultent sont plus flexibles et réutilisables.
Génie logiciel 6-5Master ICA
Devenir un champion aux échecs
Apprendre à développer un bon logiciel est similaire à apprendre à bien jouer aux échecs.
D'abord apprendre les règles Par exemple le nom des pièces, les mouvements
permis, la géométrie de l'échiquier, etc. Puis apprendre les principes
Par exemple la valeur relative de certaines pièces, la valeur stratégique des emplacements centraux, etc.
Cependant, pour devenir un champion aux échecs, il faut étudier le jeu d'autres champions Ces jeux contiennent des patrons qui doivent être
compris, mémorisés, puis appliqués de manière répétée. Il y a des centaines de patrons
Génie logiciel 6-6Master ICA
Devenir un champion du développement logiciel D'abord apprendre les règles
c.a.d. les algorithmes, les structures de données, UML, les langages de programmation, etc.
Puis apprendre les principes Par exemple la programmation structurée, la conception
UML, la programmation orientée-objet, la programmation générique, etc.
Mais pour devenir un champion de la conception logicielle, il est important d'étudier la conception d'autres champions Ces conceptions contiennent des patrons qui doivent être
compris, mémorisés, et appliqués de manière répétée. Il y a des centaines de patrons
Génie logiciel 6-7Master ICA
Historique des patrons logiciels
1987 - Cunningham et Beck utilisent les idées d'Alexander pour développer un petit langage de patrons pour Smalltalk
1990 – Le Gang des 4 (« Gang of Four » : Gamma, Helm, Johnson and Vlissides) commence à travailler à la compilation d'un catalogue de patrons de conceptions
1991 - Bruce Anderson donne le premier workshop de Patrons au OOPSLA
1993 - Kent Beck et Grady Booch sponsorisent la première réunion de ce qui est maintenant connu comme le groupe Hillside http://www.hillside.net/
1995 - Le Gang des 4 (GoF) publie le livre des Patrons de conception
Génie logiciel 6-8Master ICA
Types de patrons logiciels
Riehle et Zullighoven dans “Understanding and Using Patterns in Software Development” mentionnent trois types de patrons logiciels
1. Patrons conceptuels Patrons dont la forme est décrite par les termes et concepts du
domaine d'application
2. Patrons de conception Patrons dont la forme est décrite par les éléments de
construction de conception logicielle (par exemple objets, classes, héritage et aggrégats)
3. Patrons de programmation Patron dont la forme est décrite par les éléments de construction
du langage de programmation
Génie logiciel 6-9Master ICA
Gang des 4 – Patrons de conception
Le premier livre sur les patrons de conceptions était :
‘Design Patterns’ par Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, et John Vlissides’
- Connus comme le Gang des 4 (‘Gang of Four’)
Les patrons de conception sont : « Descriptions d'objets et de classes communicantes qui sont
adaptées à la résolution d'un problème général de conception dans un contexte particulier »
Chaque patron de conception décrit un ensemble d'objets et de classes communicants.
Génie logiciel 6-10Master ICA
Gang des 4 – Patrons de conception Dans leur livre, le Gang des 4 a défini 23 patrons
de conception fondamentaux
Les patrons sont regroupés en 3 catégories
Génie logiciel 6-11Master ICA
Classification du GoF pour les patrons de conception
But – (les 3 types de patrons de conception)
1. Patrons de création Concernent le processus de la création d'objets Les patrons de création aident à créer des objets pour vous, au lieu
d’avoir à instancier les objets directement.
2. Patrons de structure Concernent la composition de classes et d'objets Les patrons de structure aident à composer des groupes d’objets en
des structures plus larges, telles que des interfaces utilisateur complexes.
3. Patrons de comportement Concernent l'interaction des classes et des objets Les patrons de comportement aident à définir la communication entre
les objets du système et définir comment le flux est controlé.
Génie logiciel 6-12Master ICA
Un exemple Un patron de comportement appelé ‘Chaine de
responsabilité’ Le patron concerne la relation entre l'ensemble des
objets et une requête. Le patron est utilisé quand plusieurs objets peuvent
gérer une requête Le premier objet sur la chaine reçoit la requête :
Il la résout ..ou la passe au prochain objet de la chaine
Génie logiciel 6-13Master ICA
Chaine de responsabilité Les restaurants travaillent de cette manière :
Un client ne passe pas une requête directement au chef
A la place, un client passe une requête à un serveur, qui peut la passer à un sous-chef (chaine de responsabilité)
Les participants à ce patron : client, un handler abstrait Des handlers concrets (fils du handler abstrait)
Génie logiciel 6-14Master ICA
Chaine de responsabilité
Le client initie une requête Si un 'handler concret' peut gérer la requête,
il le fait Sinon, il la passe vers le prochain handler
ClientHandler
handleRequest()
HandlerConcret1
handleRequest()
HandlerConcret2
handleRequest()
Successeur
La structure du patron de
conception «chaine de
responsabilité »
Génie logiciel 6-15Master ICA
Chaine de responsabilité
Idée : libérer un objet du besoin de savoir quel autre objet remplit sa requête
ClientEmployé
handleRequest()
Serveur
handleRequest()
Sous-Chef
handleRequest()
Successeur
Chef
handleRequest()
Le patron de conception de la 'chaine de
responsabilité' appliqué au problème du restaurant
Handler Concret
Interface du handler abstrait pour gérer les
requêtes
Client: envoie
une requête
Association reflexive : possibilité que le handler
implémente le successeur – pour
trouver leurs propres successeurs (représenté
comme classe d'association)
Génie logiciel 6-16Master ICA
Un autre exemple où le patron de la chaine de responsabilité peut être utilisé
Considérons un aide contextuelle pour une interface utilisateur graphique
L'utilisateur clique sur le bouton d'aide
La requête d'aide est gérée par l'un objet parmi plusieurs objets de l'interface utilisateur, mais quel sera cet objet dépend du contexte et de la spécificité de l'aide disponible.
Le problème est que l'objet qui fournit l'aide n'est pas connu par l'objet qui demande de l'aide.
Génie logiciel 6-17Master ICA
Chaine de responsabilité
Utilisez la chaine de responsabilité quand : Plus d'un objet peut gérer une requête, et quel objet
peut gérer une requête donnée n'est pas connu d'avance.
Nous voulons passer une requête vers l'un de plusieurs objets sans spécifier le destinataire explicitement.
L'ensemble des objets qui peuvent gérer une requête devrait être spécifié dynamiquement.
Génie logiciel 6-18Master ICA
D'autres patrons...
Génie logiciel 6-19Master ICA
Patrons de création Fabrique
Une méthode dans une classe dérivée créé les instances associées Fabrique abstraite
Fabrique pour construire des objets liés Monteur
Fabrique pour construire des objets complexes de manière incrémentale
Prototype Fabrique pour cloner de nouvelles instances d'un prototype
Singleton Fabrique pour n'avoir qu'une seule et unique instance
Génie logiciel 6-20Master ICA
Patrons de structure Adaptateur
Un traducteur qui adapte une interface de serveur pour un client Pont
Découpler l'interface d'une classe et son implémentation Objet composite
Structure pour construire des aggrégats récursifs Décorateur
Etend un objet de manière transparente Façade
Façade simplifie l'interface pour un sous-système Poids-mouche
De nombreux objets partagés efficacement Proxy
Un objet est l'approximation d'un autre
Génie logiciel 6-21Master ICA
Patrons de comportement Chaine de responsabilité
Requête déléguée au fournisseur de service responsable Commande
Requête comme objet de première classe Interpréteur
Interpréteur de langage pour une petite grammaire Itérateur
Eléments d'un agrégat sont atteints séquentiellement Médiateur
Médiateur coordonnes les interactions entre ses associés Memento
Une photo qui capture et restaure des états d'objets Observateur
Les observateurs sont mis au courant des changements des observés Etat
Object dont le comportement dépend de son état Stratégie
Abstraction pour la sélection d'un parmi plusieurs algorithmes Patron de méthode
Algorithme avec des pas fournit par une classe dérivée Visiteur
Opérations appliquée aux éléments d'une structure d'objet hétérogène
Génie logiciel 6-22Master ICA
Les parties essentielles des patrons de conception d'après le Gang of 4
Nom de patron Un nom court et parlant améliore la communication entre
développeurs Problème
Quel est le problème et le contexte pour lesquels nous utiliserions ce patron?
Quelles sont les conditions pour l'utilisation de ce patron? Solution
Une description des éléments constituant le patron de conception Conséquences
Le pour et le contre de l'utilisation du patron Inclus les impacts sur la réutilisabilité, la portabilité et
l'extensibilité
Génie logiciel 6-23Master ICA
Le template de patron du Gang des 4
Nom et classification du patron Un nom concis et le type du patron
Intention Une explication courte de ce que fait le patron
Alias Autres noms du patron
Motivation Un scénario illustrant quand le patron serait utile
Applicabilité Situations où le patron peut être utilisé
Génie logiciel 6-24Master ICA
Le template de patron du Gang des 4 (suite) Structure
Une représentation graphique du patron Participants
Les classes et objets participant au patron Collaborations
Comment les participants interagissent pour gérer leurs responsabilités?
Conséquences Le pour et le contre de l'utilisation du patron?
Implémentation Conseils et techniques pour l'implémentation du patron
Génie logiciel 6-25Master ICA
Le template de patron du Gang des 4 (suite et fin) Echantillon de code
Fragments de code pour un échantillon d'implémentation
Utilisations connues Exemples du patron dans des systèmes réels
Patrons liés Autres patrons qui sont liés de manière proche à ce
patron
Génie logiciel 6-26Master ICA
Bénéfices des patrons de conception
Capturent l'expertise et la rendent accessible à des non-experts
Réduisent le temps de développement Facilitent la communication entre les développeurs
en fournissant un langage commun Facilitent la réutilisation réussie de conceptions Améliorent la documentation de conception AméIiorent la compréhensibilité des conceptions
Génie logiciel 6-27Master ICA
Désavantages des patrons Les patrons sont simplistes, mais ils doivent être
appliqués à votre problème
Utiliser des patrons requiert la capacité de faire le lien entre un patron et votre problème!
Les patrons sont validés par l'expérience, plutôt que par des tests automatiques
Génie logiciel 6-28Master ICA
Références
Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software, Gamma, Helm, Johnson and Vlissides, Addison-Wesley, 1995 Le Gang des 4!
A lire!
http://fr.wikipedia.org/wiki/Patron_de_conception