Programmatūras dizaina modeļi ir komunikācijas objekti un klases, kas ir pielāgotas vispārīgas dizaina problēmas risināšanai noteiktā kontekstā. Programmatūras izstrādes modeļi ir vispārīgi, atkārtoti lietojami risinājumi izplatītām problēmām, kas rodas programmatūras izstrādes un izstrādes laikā. Tie atspoguļo labāko praksi noteikta veida problēmu risināšanā un nodrošina veidu, kā izstrādātāji var sazināties par efektīviem dizaina risinājumiem.

Šo modeļu izpratne un pielietošana var ievērojami uzlabot jūsu programmatūras izstrādes prasmes. Tiem, kas vēlas padziļināt savas zināšanas un programmatūras dizaina modeļu pielietošanu, mūsu visaptverošā sistēmu projektēšanas kurss piedāvā strukturētu pieeju šo būtisko jēdzienu apguvei. Mācoties no reāliem piemēriem un ekspertu ieskatiem, jūs varat attīstīt zināšanas, lai efektīvi īstenotu šos modeļus savos projektos.

Satura rādītājs

• Programmatūras dizaina modeļu veidi
• Radoši dizaina modeļi
• Strukturālā dizaina modeļi
• Uzvedības dizaina modeļi
• Dizaina modeļi dažādās valodās
• Intervijas jautājumi par programmatūras dizaina modeļiem
• Bieži uzdotie jautājumi par programmatūras dizaina modeļiem

Programmatūras dizaina modeļu veidi

Ir trīs veidu dizaina modeļi:

• Radošs dizaina modelis
• Strukturālā dizaina modelis
• Uzvedības dizaina modelis

Radoši dizaina modeļi

Creational Design Pattern abstrakti instantation process. Tie palīdz padarīt sistēmu neatkarīgu no tā, kā tās objekti tiek izveidoti, sastādīti un attēloti.

Radošo dizaina modeļu veidi:

1. Rūpnīcas metodes dizaina modelis

Factory Method modelis tiek izmantots, lai izveidotu objektus, nenorādot precīzu izveidojamā objekta klasi. Šis modelis ir noderīgs, ja nepieciešams atdalīt objekta izveidi no tā ieviešanas.

2. Abstrakts rūpnīcas metodes dizaina modelis

Abstract Factory modelis ir gandrīz līdzīgs Factory Pattern un tiek uzskatīts par vēl vienu abstrakcijas slāni salīdzinājumā ar rūpnīcas modeli. Abstract Factory modeļi darbojas ap superrūpnīcu, kas rada citas rūpnīcas.

3. Singleton metodes dizaina modelis

Singleton metode jeb Singleton Design modelis ir viens no vienkāršākajiem dizaina modeļiem. Tas nodrošina, ka klasei ir tikai viens gadījums, un nodrošina tai globālu piekļuves punktu.

4. Prototipa metodes projektēšanas modelis

Prototips ļauj mums slēpt no klienta jaunu gadījumu veidošanas sarežģītību. Ideja ir kopēt esošu objektu, nevis izveidot jaunu gadījumu no jauna, kas var ietvert dārgas darbības. Esošais objekts darbojas kā prototips un satur objekta stāvokli.

5. Builder metodes dizaina modelis

Builder modeļa mērķis ir atdalīt sarežģīta objekta konstrukciju no tā attēlojuma, lai viens un tas pats būvniecības process varētu radīt dažādus attēlojumus. To izmanto, lai soli pa solim izveidotu sarežģītu objektu, un pēdējais solis atgriezīs objektu.

Strukturālā dizaina modeļi

Strukturālā dizaina modeļi ir saistīti ar to, kā tiek veidotas klases un objekti, lai veidotu lielākas struktūras. Strukturālās klases modeļi izmanto mantojumu, lai izveidotu saskarnes vai implementācijas.

Strukturālā dizaina modeļu veidi:

1. Adaptera metodes dizaina modelis

Adaptera modelis pārveido klases interfeisu citā saskarnē, ko sagaida klienti. Adapteris ļauj klasēm strādāt kopā, kas nevarētu citādi nesaderīgu saskarņu dēļ.

2. Tilta metodes dizaina modelis

Tilta modelis ļauj abstrakciju un ieviešanu izstrādāt neatkarīgi, un klienta kods var piekļūt tikai abstrakcijas daļai, neuztraucoties par ieviešanas daļu.

3. Saliktās metodes dizaina modelis

Salikts modelis ir sadalīšanas noformējuma modelis, kas apraksta objektu grupu, kas tiek apstrādāta tāpat kā viena tāda paša veida objekta gadījums. Kompozīta nolūks ir salikt objektus koku struktūrās, lai attēlotu daļēji veselas hierarhijas.

4. Dekoratora metodes dizaina modelis

Tas ļauj mums dinamiski pievienot objektam funkcionalitāti un uzvedību, neietekmējot citu tajā pašā klasē esošo objektu uzvedību. Mēs izmantojam mantojumu, lai paplašinātu klases uzvedību. Tas notiek kompilēšanas laikā, un visi šīs klases gadījumi iegūst paplašināto darbību.

5. Fasādes metodes dizaina modelis

Fasādes metodes dizaina modelis nodrošina vienotu saskarni apakšsistēmas saskarņu kopai. Fasāde nosaka augsta līmeņa saskarni, kas atvieglo apakšsistēmas lietošanu.

6. Flyweight metodes dizaina modelis

Šis modelis nodrošina veidus, kā samazināt objektu skaitu, tādējādi uzlabojot lietojumprogrammai nepieciešamo objektu struktūru. Flyweight modelis tiek izmantots, ja mums ir jāizveido liels skaits līdzīgu objektu.

7. Starpniekservera metodes dizaina modelis

Starpniekserveris nozīmē “vietā”, pārstāv” vai “vietā” vai “vārdā” ir starpniekservera burtiskas nozīmes, un tas tieši izskaidro starpniekservera dizaina modeli. Starpniekserverus sauc arī par surogātiem, rokturiem un iesaiņojumiem. Tie ir cieši saistīti ar adapteriem un dekoratoriem pēc struktūras, bet ne nolūka.

Uzvedības dizaina modeļi

Uzvedības modeļi ir saistīti ar algoritmiem un pienākumu sadali starp objektiem. Uzvedības modeļi apraksta ne tikai objektu vai klašu modeļus, bet arī saziņas modeļus starp tiem. Šie modeļi raksturo sarežģītu vadības plūsmu, kurai izpildes laikā ir grūti sekot.

Uzvedības dizaina modeļu veidi:

1. Atbildības ķēdes metodes dizaina modelis

Atbildības ķēdes modelis tiek izmantots, lai panāktu vaļīgu savienojumu programmatūras projektēšanā, kur klienta pieprasījums tiek nodots objektu ķēdei, lai tos apstrādātu. Vēlāk ķēdes objekts pats izlems, kurš apstrādās pieprasījumu un vai pieprasījums ir jānosūta nākamajam ķēdes objektam.

2. Komandu metodes dizaina modelis

Komandu shēma ir uzvedības dizaina modelis, kas pārvērš pieprasījumu par atsevišķu objektu, kas satur visu informāciju par pieprasījumu. Šo objektu var nodot, uzglabāt un izpildīt vēlāk

3. Tulka metodes dizaina modelis

Tulka modelis tiek izmantots, lai definētu valodas gramatisko attēlojumu un nodrošinātu tulku šīs gramatikas risināšanai.

4. Starpnieka metodes dizaina modelis

Tas ļauj atsaistīt objektus, starp tiem ieviešot slāni, lai mijiedarbība starp objektiem notiktu caur slāni.

5. Memento metodes dizaina modeļi

To izmanto, lai atjaunotu objekta stāvokli iepriekšējā stāvoklī. Lietojumprogrammas darbības laikā, iespējams, vēlēsities saglabāt kontrolpunktus savā lietojumprogrammā un atjaunot šos kontrolpunktus vēlāk. Memento Design modeļa nolūks ir nepārkāpt iekapsulēšanu, uztvert un izslēgt objekta iekšējo stāvokli, lai objektu vēlāk varētu atjaunot šajā stāvoklī.

6. Novērotāja metodes dizaina modelis

Tas nosaka atkarību viens pret vairākiem objektiem, lai, kad viens objekts (subjekts) maina savu stāvokli, visi tā apgādājamie (novērotāji) tiek automātiski informēti un atjaunināti.

7. State Method Design Pattern

Stāvokļa dizaina modelis tiek izmantots, ja objekts maina savu uzvedību, pamatojoties uz tā iekšējo stāvokli. Ja mums ir jāmaina objekta uzvedība, pamatojoties uz tā stāvokli, objektā var būt stāvokļa mainīgais un izmantot nosacījumu bloku if-else, lai veiktu dažādas darbības, pamatojoties uz stāvokli.

8. Stratēģijas metodes izstrādes modelis

Stratēģijas dizaina modelis ļauj atlasīt objekta uzvedību izpildes laikā. Tas ir viens no Gang of Four (GoF) dizaina modeļiem, ko plaši izmanto objektorientētā programmēšanā. Stratēģijas modelis ir balstīts uz ideju iekapsulēt algoritmu saimi atsevišķās klasēs, kas ievieš kopīgu saskarni.

9. Veidnes metodes dizaina modelis

Veidnes metodes izstrādes modelis ir definēt algoritmu kā operāciju skeletu un atstāt detaļas, kas jāīsteno bērnu klasēm. Algoritma vispārējo struktūru un secību saglabā vecākklase.

10. Apmeklētāju metodes dizaina modelis

To izmanto, ja mums ir jāveic darbība ar līdzīga veida objektu grupu. Ar apmeklētāju modeļa palīdzību mēs varam pārvietot darbības loģiku no objektiem uz citu klasi.

Dizaina modeļi dažādās valodās

Intervijas jautājumi par programmatūras dizaina modeļiem

• Izveidojiet autostāvvietu, izmantojot objektu orientētus principus
• Izstrādājiet datu struktūras un algoritmus atmiņā esošai failu sistēmai
• Kā novērst Singleton Pattern no atspoguļošanas, serializācijas un klonēšanas?

Bieži uzdotie jautājumi par programmatūras dizaina modeļiem

1. Kādi ir programmatūras izstrādes modeļi?

• Programmatūras dizaina modeļi ir atkārtoti lietojami risinājumi izplatītām problēmām, kas rodas programmatūras izstrādes laikā. Tās ir veidnes atkārtotu dizaina problēmu risināšanai un nodrošina veidu, kā izveidot elastīgas, mērogojamas un apkopjamas programmatūras sistēmas.

2. Kāpēc programmatūras izstrādē ir svarīgi dizaina modeļi?

• Dizaina modeļi veicina labāko praksi, uzlabo koda lasāmību un atvieglo koda atkārtotu izmantošanu. Tie palīdz izveidot programmatūru, kas ir modulāra, paplašināma un vieglāk uzturējama, samazinot izstrādes laiku un pūles.

3. Kā dizaina modeļi atšķiras no algoritmiem?

• Dizaina modeļi koncentrējas uz atkārtotu dizaina problēmu risināšanu arhitektūras vai strukturālā līmenī, uzsverot koda organizāciju. No otras puses, algoritmi ir pakāpeniskas procedūras konkrētu problēmu risināšanai skaitļošanas līmenī.

4. Kādi ir izplatītākie dizaina modeļu veidi?

• Dizaina modeļus iedala trīs galvenajos veidos: radošā, strukturālā un uzvedības. Radošie modeļi attiecas uz objektu izveidi, strukturālie modeļi ar objektu kompozīciju un uzvedības modeļi ar objektu sadarbību un atbildību.

5. Vai varat sniegt radošu dizaina modeļu piemērus?

• Piemēri: Singleton (nodrošinot, ka klasei ir tikai viens gadījums), Factory Method (objektu izveide, nenorādot precīzu klasi) un Abstract Factory (nodrošina saskarni saistītu vai atkarīgu objektu saimes izveidošanai).

6. Kā dizaina modeļi uzlabo koda elastību?

• Dizaina modeļi veicina vaļīgu savienojumu starp komponentiem, atvieglojot sistēmas daļu nomaiņu vai pagarināšanu, neietekmējot citas. Šī elastība ir ļoti svarīga, lai pielāgotos mainīgajām prasībām.

7. Kad man vajadzētu izmantot dizaina modeļus?

• Dizaina modeļi ir jāizmanto, ja programmatūras projektēšanā rodas atkārtotas problēmas. Tie ir īpaši noderīgi sarežģītās sistēmās, kur nepieciešama sistemātiska un pārbaudīta pieeja projektēšanai.

8. Vai dizaina modeļi ir specifiski valodai?

• Nē, dizaina modeļi nav saistīti ar noteiktu programmēšanas valodu. Tie ir konceptuāli risinājumi, kurus var īstenot dažādās valodās. Tomēr sintakse un ieviešanas informācija var atšķirties.

9. Kā es varu apgūt un apgūt dizaina modeļus?

• Sāciet, izprotot dizaina modeļu pamatprincipus. Praktizējiet to ieviešanu savos projektos un izpētiet reālus piemērus. Grāmatas, tiešsaistes apmācības un praktiska pielietošana projektos palīdz apgūt dizaina modeļus.

10. Vai dizaina modeļi ir piemērojami visos programmatūras projektos?

• Lai gan dizaina modeļi piedāvā vērtīgus risinājumus izplatītām dizaina problēmām, to pielietojamība ir atkarīga no projekta konteksta un sarežģītības. Vienkāršākos projektos daži modeļi var būt nevajadzīgi, savukārt lielākos projektos tie var būt noderīgi, lai uzturētu mērogojamu un sakārtotu kodu bāzi.

11. Kāda ir atšķirība starp dizaina rakstu un pretrakstu?

• Dizaina modeļi ir pārbaudīti risinājumi izplatītām problēmām, veicinot labāko praksi. Turpretim pretraksti ir izplatītas kļūmes vai slikta prakse, kas var novest pie sliktas programmatūras izstrādes, un no tām ir jāizvairās.

12. Vai dizaina modeļus var izmantot pārmērīgi?

• Jā, pārmērīga dizaina modeļu izmantošana, neņemot vērā projekta kontekstu un sarežģītību, var radīt nevajadzīgi sarežģītu kodu. Ir svarīgi saprātīgi piemērot dizaina modeļus, kur tie rada pievienoto vērtību un uzlabo koda struktūru.

13. Vai es varu izveidot savus dizaina modeļus?

• Jā, jūs varat izveidot pielāgotus dizaina modeļus, pamatojoties uz jūsu projekta īpašajām vajadzībām. Tomēr ir ļoti svarīgi nodrošināt, lai modelis risinātu atkārtotu problēmu un atbilstu laba dizaina principiem.

14. Kā dizaina modeļi ir saistīti ar koda smaržu?

• Dizaina modeļi palīdz novērst koda smakas (norādījumi par sliktu dizainu), nodrošinot pārbaudītus risinājumus izplatītām problēmām. Koda smaku atpazīšana un novēršana ir būtiska, lai izveidotu uzturējamu un efektīvu programmatūru.

15. Vai datu bāzes projektēšanai ir dizaina modeļi?

• Lai gan tradicionālie projektēšanas modeļi var tieši neattiekties uz datu bāzes dizainu, tādus principus kā normalizācija un denormalizācija var uzskatīt par dizaina modeļiem, lai izveidotu efektīvas un mērogojamas datu bāzes struktūras.

16. Vai mikropakalpojumu arhitektūrā var izmantot dizaina modeļus?

• Jā, dizaina modeļus var izmantot mikropakalpojumu arhitektūrā, lai risinātu tādas izplatītas problēmas kā pakalpojumu atklāšana, saziņa starp pakalpojumiem un kļūdu tolerance. Būtiski ir tādi modeļi kā pakalpojumu reģistrs un ķēdes pārtraucējs.

17. Kā dizaina modeļi ietekmē sistēmas veiktspēju?

• Pareizi piemēroti dizaina modeļi var uzlabot sistēmas veiktspēju, veicinot efektīvu koda organizēšanu un samazinot dublēšanos. Tomēr slikti izvēlēti vai pārmērīgi izmantoti modeļi var radīt nevajadzīgu sarežģītību, kas var ietekmēt veiktspēju.

18. Vai jaunākajiem izstrādātājiem ir jāapgūst dizaina modeļi?

• Lai gan mācību dizaina modeļi nav obligāti, tie var sniegt ievērojamu labumu jaunākajiem izstrādātājiem, nodrošinot viņiem pārbaudītus risinājumus izplatītām problēmām. Tas var paātrināt mācību procesu un palīdzēt rakstīt vairāk apkopējamu kodu.

19. Kā dizaina modeļi veicina koda dokumentāciju?

• Dizaina modeļi pēc būtības dokumentē risinājumus izplatītām dizaina problēmām. Kad izstrādātāji ir iepazinušies ar dizaina modeļiem, kods kļūst pašdokumentējošs, tādējādi citiem ir vieglāk saprast un dot ieguldījumu projektā.

20. Vai dizaina modeļus var izmantot ar atpakaļejošu spēku esošajām kodu bāzēm?

• Jā, dizaina modeļus var piemērot ar atpakaļejošu spēku, taču process var ietvert esošā koda pārveidošanu. Ir ļoti svarīgi novērtēt modeļa ieviešanas ietekmi un nodrošināt, ka tas atbilst vispārējai arhitektūrai.

21. Vai tīmekļa izstrādei ir izstrādāti dizaina modeļi?

• Jā, tīmekļa izstrādē ir piemērojami daudzi dizaina modeļi. Tādus modeļus kā MVC, Observer un Singleton parasti izmanto, lai sakārtotu un strukturētu kodu gan priekšgala, gan aizmugursistēmas izstrādē.

22. Kā dizaina modeļi atšķiras no arhitektūras modeļiem?

• Dizaina modeļi risina specifiskas dizaina problēmas zemākā līmenī, koncentrējoties uz objektu izveidi, kompozīciju un mijiedarbību. No otras puses, arhitektūras modeļi attiecas uz visas lietojumprogrammas vai sistēmas augstāka līmeņa struktūrām.

23. Vai funkcionālajā programmēšanā var izmantot dizaina modeļus?

• Jā, dizaina modeļus var pielāgot funkcionālās programmēšanas paradigmām. Funkcionālās dizaina modeļi koncentrējas uz funkciju sastādīšanu, lai atrisinātu problēmas un veicinātu nemainīgumu un bezvalstniecību.

24. Kāda loma dizaina modeļiem ir koda uzturēšanai komandas sadarbības laikā?

• Dizaina modeļi veicina koda apkopi, nodrošinot kopīgu vārdu krājumu un struktūru. Kad komanda pārzina dizaina modeļus, sadarbība kļūst efektīvāka, un komandas locekļi var vieglāk saprast un pamatot kodu bāzi.

25. Vai ir īpaši reāllaika sistēmām paredzēti dizaina modeļi?

• Jā, reāllaika sistēmas bieži izmanto dizaina modeļus, kas pielāgoti to unikālo izaicinājumu risināšanai. Tādus modeļus kā Observer modelis var lietot, lai apstrādātu notikumu paziņojumus un sinhronizāciju reāllaikā.