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Padrões   

Um padrão de é uma maneira de documentar uma solução conhecida para um problema usualmente encontrado O objetivo do padrão é permitir que boas soluções sejam reutilizadas em diferentes projetos Um padrão de projeto possui 3 partes distintas:   



Contexto Problema recorrente neste contexto Solução para o problema

Características dos Padrões de Projeto         

São observados através da experiência São descritos de uma forma estruturada Previnem contra a “reinvenção da roda” Existem em diferentes níveis de abstração Estão em desenvolvimento contínuo São artefatos reutilizáveis Transmitem melhores práticas Permitem o uso de um vocabulário comum Podem ser utilizadas em conjunto para resolver um problema mais amplo

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Classificação de Padrões Padrões 

Os padrões de projeto podem ser classificados de acordo com a fase de desenvolvimento em que são mais adequados: 

Padrões de Análise (Analysis patterns)  



Padrões de Arquitetura (Architectural patterns) 



Seu foco é na arquitetura do software

Padrões de Projeto (Design patterns) 



Seu foco é na fase de análise ou modelamento de negócio Muita das vezes os padrões estão ligados ao domínio do problema o que pode

Foco no projeto de componentes do software

Muitas das vezes os padrões podem estar muito ligados tanto ao domínio da solução, quanto do problema Programação Orientada a Objetos 2 Flávio de Oliveira Silva, M.Sc.

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Classificação de Padrões Padrões 

Padrões de Análise (Analysis patterns) 



Padrões de Arquitetura (Architectural patterns)  



Martin Fowler , 1996 Apresentado inicialmente por Frank Buschmann et al., 1996 Computação Distribuída - Frank Buschmann et al., 2007

Padrões de Projeto (Design patterns)         

GOF (Gang of Four) E. Gamma, R. Helm, R. Johnson, J. Vlissides – 1995 Aplicações Concorrentes e em Rede - Frank Buschmann et al. – 2000 Enterprise Integration Patterns – Gregor Hohpe, 2003 Real-time Design Patterns – Bruce Douglass, 2003 .Net Design Patterns - Christian Thilmany, 2003 J2EE Design Patterns - Deepak Alur, 2003 Web Services Patterns – Paul Monday, 2003 Ajax Design Patterns - Michael Mahemoff, 2006 SOA Design Patterns – Thomas Erl, 2009 Programação Orientada a Objetos 2 Flávio de Oliveira Silva, M.Sc.

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Padrões de Análise (Analysis Patterns)     

Proposto por Martin Fowler, em livro publicado em 1996 Notação do Livro não é baseada em UML Baseada em áreas (domínios) específicas como: manufatura; financeira e saúde Mesmo assim assim, padrões podem apresentados podem ser úteis em outros domínios Alguns princípios apresentados     

Um modelo não está certo ou errado, eles podem ser mais ou menos úteis Modelos conceituais estão ligados a tipos (interfaces) e não implementações (classes) Padrões são o ponto de partida, não o destino Sempre que possível, quando existir um tipo e um supertipo, considere colocar os recursos no supertipo, desde que isto faça sentido Quando atributos possuam um comportamento relacionado Q d múltipos úl i ib l i d e presente em muitos tipos, combine estes atributos em um novo tipo fundamental

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Padrões de Análise (Analysis Patterns) 

Exemplos de alguns padrões de projeto              

Quantity (3.1) Conversion Ratio (3.2) C dU it (3 3) Compound Units (3.3) Measurement (3.4) Observation (3.5) Range (4.3) Name (5.1) Account (6.1) Transaction (6.2) Summary Account (6.3) S A (6 3) Plan (8.4) Contract (9.1) Product (10.3) Associative Type (15.1) Programação Orientada a Objetos 2 Flávio de Oliveira Silva, M.Sc.

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Padrões de Projeto GoF  

Trabalho proposto inicialmente por Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Jonhson, John Vlissides (Gang of Four) em 1995 Famílias de Padrões 

D C i ã De Criação  



Estruturais 



Responsáveis pela criação de objetos Permitem que o sistema fique independente da forma como os objetos são criados Relacionados com a forma com que classes e objetos são compostos a fim de formar estruturas maiores

Comportamentais  

Relacionados com a atribuição de responsabilidades entre objetos Descrevem a comunicação entre objetos

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Padrões de Criação 

Factory 

Fornece uma interface para criar um objeto, porém a decisão de qual classe será instanciada é decidida pelas subclasses



Abstract Factoryy



Singleton







Garante que apenas uma classe possua uma única instância e oferece um acesso global à mesma

Builder 



Fornecem uma interface para criação de objetos sem especificar sua classe concreta

Permite separar a construção de um objeto complexo de sua representação a fim de que diferentes objetos sejam criados através do mesmo processo

Prototype 

Permite que um objeto seja criado a partir de uma instância existente copiando suas propriedades

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Factory     

Permite que um objeto seja criado sem que seja necessário informar a classe exata que será criada Separa a complexidade de criação do objeto Uma interface define um método padrão para criação Subclasses implentam este método e devolvem o objeto desejado A fábrica implementa o método criando o objeto conforme necessário

class GOF - Factory «interface» ImageReaderFactory

ImageReader +

getDecodedImage() : DecodedImage

GifReader +

getDecodedImage() : DecodedImage

+

getImageReader(InputStream) : ImageReader

JpegReader +

getDecodedImage() : DecodedImage

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Factory Exemplo public interface ImageReader { public DecodedImage getDecodedImage(); } public class GifReader implements ImageReader { public DecodedImage getDecodedImage() { // ... return decodedImage; } } public class JpegReader implements ImageReader { public DecodedImage getDecodedImage() { // ... return decodedImage; } }

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Factory Exemplo public class ImageReaderFactory { public static ImageReader getImageReader(InputStream is) int imageType = determineImageType(is); switch(imageType) ( g yp ) { case ImageReaderFactory.GIF: return new GifReader(is); case ImageReaderFactory.JPEG: return new JpegReader(is); // etc. } } }

{

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Abstract Factory 

Permite que objetos sejam criados de forma transparente caso exista um grupo de diferente fábricas class Design Pattern - Abstract Factory

A li ti R ApplicationRunner + +

main(String[]) : void createOsSpecificFactory() : GUIFactory

Application +

Application(GUIFactory)

«interface»

«interface»

GUIFactory +

Button

createButton() : Button

WinFactory +

+

OSXFactory

createButton() : Button

+

createButton() : Button

paint() : void

WinButton +

paint() : void

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OSXButton +

paint() : void

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Abstract Factory interface GUIFactory { public Button createButton(); } class WinFactory GUIFactory y implements p y{ public Button createButton() { return new WinButton(); } } class OSXFactory implements GUIFactory { public Button createButton() { return new OSXButton(); } }

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Abstract Factory interface Button { public void paint(); } class WinButton implements Button { bli void id paint() i t() { public System.out.println("I'm a WinButton"); } } class OSXButton implements Button { public void paint() { System.out.println("I'm an OSXButton"); } }

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Abstract Factory class Application { public Application(GUIFactory factory) { Button button = factory.createButton(); button.paint(); } } public class ApplicationRunner { public static void main(String[] args) { new Application(createOsSpecificFactory()); } public static GUIFactory createOsSpecificFactory() { int i t sys = readFromConfigFile("OS_TYPE"); dF C fi Fil ("OS TYPE") if (sys == 0) { return new WinFactory(); } else { return new OSXFactory(); } } }

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Singleton 

Objetivo 



Garante que existirá uma única instância de um objeto de uma classe e permite um acesso global ao mesmo

Motivação 

Em muitas situações é necessário um único objeto. Exemplos:   

O objeto que representa um sistema de arquivos do Sistema Operacional Um objeto que representa um arquivo de configuração de uma aplicação Um objeto que representa uma conexão com um banco de dados

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Singleton Exemplo public class Singleton { //instância de um objeto da classe Singleton //inicializada com a chamada do construtor private static Singleton instance = new Singleton(); //Construtor privado impede criação de objetos desta classe private Singleton() { //lógica para criação do objeto } //método que retorna a ú única instância da classe // ét d estático táti t i i tâ i d l public static Singleton getInstance() { return instance; } } Programação Orientada a Objetos 2 Flávio de Oliveira Silva, M.Sc.

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Singleton Exemplo - Outra abordagem public class Singleton { // Private constructor prevents instantiation from other classes private Singleton() { } /** * SingletonHolder is loaded on the first execution of Singleton.getInstance() * or the first access to SingletonHolder.INSTANCE, not before. */ private static class SingletonHolder { public = new Singleton(); bli static t ti final fi l Singleton Si l t instance i t Si l t () } public static Singleton getInstance() { return SingletonHolder.instance; } Programação Orientada a Objetos 2 Flávio de Oliveira Silva, M.Sc.

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Padrões Estruturais      

Adapter Bridge Composite Decorator Facade Proxy

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Adapter 

Objetivo    



Converter uma interface de uma classe para uma interface compatível com a esperada Permite que classes possam cooperar o que não seria possível pela incompatibilidade entre as interfaces Traduz as chamadas de sua interface para chamadas da interface da classe adaptada Também conhecida como “Wrapper”

Uso  

Este padrão de projeto é útil em situações onde uma classe já existente p ç q possui serviços que serão utilizados,, p porém não na Interface necessária Por exemplo, uma classe que espera valores boleanos

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Adapter Exemplo   

Um novo método para adicionar inteiros será utilizado em uma implementação O código disponível porém apenas permite a adição de números binários (BinaryCalulator) A classe CalculatorAdapter permitirá o uso da implementação disponível (BinaryCalculator), porém adatapada o class GOF-Adapter «interface» ICalculator +

add(int, int) : int

CalculatorAdapter -

BinaryCalculator

bcalc: BinaryCalculator +

+ +

add(String, String) : string

CalculatorAdapter(bcalc) add(int, int) : int

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Adapter Exemplo public interface ICalculator{ public int add(int ia , int ib); } public class BinaryCalculator p y { public static string add(String sa,String sb){ //… } } public class CalculatorAdapter implements ICalculator { private BinaryCalculator bcalc; public CalculatorAdapter(bcalc c){ bcalc = c; } public int add(int ia, int ib){ String result; result = bcalc.add(Integer.toBinaryString(ia), Integer.toBinaryString(ib), //converts binary string to a decimal representation return is value return Integer.valueOf(result,10).intValue(); } Programação Orientada a Objetos 2 } Flávio de Oliveira Silva, M.Sc.

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Adapter Outro Exemplo 

Dois exemplos de classes adptadoras. Uma baseada em uso (DListToStackAdapter) e outra em herança múltipla (DListStackAdapter) class GOF-Adapter p T «interface»

DList

Stack + + +

+ + + + + + + +

push(T) : void pop() : T top() : T

insert(DNode, T) : void remove(DNode, T) : void insertHead(T) : void insertTail(T) : void removeHead() : T removeTail() : T getHead() : T getTail() : T

T

T

p DListStackAdapter

DListToStackAdapter -

m_List: DList

+ + + +

DListToStackAdapter(DList) push(T) : void pop() : T top() : T

+ + +

push(T) : void pop() : T top() : T

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Decorator Objetivo



Permite adicionar responsabilidades a um objeto de forma dinâmica Desta forma não é necessário criar subclasses a fim de estender a funcionalidade dos objetos

 

Motivação



Em alguns casos deseja-se adicionar responsabilidades a um objeto e não a uma classe inteira Exemplo

 







Considere a modelagem de um cardápio de cafés onde é possível acrescentar diversos acompanhamentos a um café Como calcular o custo de cada item disponível no cardápio? Criar uma classe para cada opção não é melhor alternativa Neste caso o Decorator pode ser uma opção para a modelagem

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Decorator Exemplo Baseado Capítulo 3, do livro “Head First Design Pattern” Neste exemplos as bedidas (DarkRoast, Decaf, Espresso, HouseBlend) pode ser decoradas com diferentes acompanhamentos (Milk, Chocolate, Sugar, Cream)

 

class l GOF-Decorator GOF D t

Beverage

StarbuzzCoffee # +

CondimentDecorator

description: String = "Unknown Beverage" +

main(String[]) : void + +

getDescription() : String

getDescription() : String cost() : double

DarkRoast + +

DarkRoast() cost() : double

Cream Milk HouseBlend

Decaf + +

Decaf() cost() : double

Espresso + +

Espresso() cost() : double

+ +

HouseBlend() cost() : double

-

beverage: Beverage

+ + +

Milk(Beverage) getDescription() : String cost() : double

-

beverage: Beverage

+ + +

Cream(Beverage) getDescription() : String cost() : double

Chocolate -

beverage: Beverage

+ + +

Chocolate(Beverage) getDescription() : String cost() : double

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Sugar -

beverage: Beverage

+ + +

Sugar(Beverage) getDescription() : String cost() : double

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Decorator Exemplo - Código public abstract class Beverage { protected String description = "Unknown Beverage“; public String getDescription() { return description; p ; } public abstract double cost(); } public abstract class CondimentDecorator extends Beverage { public abstract String getDescription(); }

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Decorator Exemplo - Código public class DarkRoast extends Beverage { public DarkRoast() { description = "Dark Roast Coffee“; } public double cost() { return .99; } } public class Decaf extends Beverage { public Decaf() {description = "Decaf Coffee"; } public double cost() { return 1.05; } } public class Espresso extends Beverage { public Espresso() { description = "Espresso“; } public double cost() { return 1 1.99; 99; } } public class HouseBlend extends Beverage { public HouseBlend() { description = "House Blend Coffee"; } public double cost() { return .89; } }

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Decorator Exemplo - Código public class Milk extends CondimentDecorator { private Beverage beverage; public Milk(Beverage beverage) { this.beverage = beverage; } public String getDescription() p gg p () {{return beverage.getDescription() g g p () + ",, Milk";; } public double cost() { return .10 + beverage.cost(); } } public class Chocolate extends CondimentDecorator { private Beverage beverage; public Chocolate(Beverage beverage) { this.beverage = beverage; } public String getDescription() { return beverage.getDescription() + ", Chocolate“; } public double cost() { return .20 + beverage.cost(); } } public class Sugar extends CondimentDecorator { private Beverage beverage; public Sugar(Beverage beverage) { this.beverage = beverage; } public String getDescription() { return beverage.getDescription() + ", Sugar"; } public double cost() { return .15 + beverage.cost(); } }

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Decorator Exemplo - Código public class Cream extends CondimentDecorator { private Beverage beverage; public Cream(Beverage p ( g beverage) g ){ this.beverage = beverage; } public String getDescription() { return beverage.getDescription() + ", Cream"; } public double cost() { return .10 + beverage.cost(); } }

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Decorator Exemplo - Código public class StarbuzzCoffee { public static void main(String args[]) { Beverage beverage = new Espresso(); System.out.println(beverage.getDescription() $" + beverage.cost()); y p ( g g p () + " $ g ()); Beverage beverage2 = new DarkRoast(); beverage2 = new Chocolate(beverage2); beverage2 = new Milk(beverage2); beverage2 = new Cream(beverage2); System.out.println(beverage2.getDescription()+ " $" + beverage2.cost()); Beverage beverage3 = new HouseBlend(); beverage3 = new Sugar(beverage3); beverage3 = new Chocolate(beverage3); beverage3 = new Cream(beverage3); System.out.println(beverage3.getDescription() + " $" + beverage3.cost()); } }

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Facade 

Objetivo 



Fornece uma interface comum para um grupo de classes de um subsistema, facilitando o seu uso

Motivação 

Reduzir o acomplamento entre sistemas class GOF-FACADE

class GOF-FACADE

Class6

Class6

Class7

Class7

Facade Subsistema

Subsistema

Class3

Class1

Class5

Cl Class3 3

Class1

Class4

Class2

Class4

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Class5

Class2

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Facade Exemplo - UML   

A facade (TravelFacade) esconde a complexidade para integrar com o sistema de viagem (TravelSystem) Facade implementa todo o código necessário para integrar com o sistema O ideal é definir a fachada como uma interface e então criar sua implementação concreta class GOF-Facade Sample

«interface» ITravelFacade +

Trav elFacadeImpl

Client +

getFlightsAndHotels(Date, Data) : void

main(String[]) : void

-

hotelBooker: HotelBooker flightBooker: FlightBooker

+

getFlightsAndHotels(Date, Data) : void

T Trav elSystem lS t -flightBooker

-hotelBooker

FlightBooker +

getFlightsFor(Date, Date) : ArrayList

HotelBooker +

getHotelNamesFor(Date, Date) : ArrayList

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Façade Exemplo - Código public class HotelBooker{ public ArrayList getHotelNamesFor(Date from, Date to) { //returns hotels available in the particular date range } } public class FlightBooker{ public ArrayList getFlightsFor(Date from, Date to){ //returns flights available in the particular date range } } public interface ITravelFacade { public void getFlightsAndHotels(Date from, Data to); }

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Façade Exemplo - Código public class TravelFacadeImpl implements ITravelFacade{ private HotelBooker hotelBooker; private FlightBooker flightBooker; public void g getFlightsAndHotels(Date from,, Data to)) p g ( { ArrayList flights = flightBooker.getFlightsFor(from, to); ArrayList hotels = hotelBooker.getHotelsFor(from, to); //process and return } } public class Client { public static void main(String[] args) { TravelFacadeImpl facade = new TravelFacade(); facade.getFlightsAndHotels(from, to); } }

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Bridge 

Objetivo  



M ti ã Motivação 



Desacoplar a abstração da implementação Cada um pode ser estendido de forma independente Quando é possível a presença de mais de uma implementação para uma determinada abstração

Aplicação  

Evitar uma ligação forte entre a abstração e a implementação Permitir que uma implementação seja escolhida em tempo de execução

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Bridge Exemplo Abstração (Shape) e implementação (DrawingAPI) podem evoluir de forma independente



class GOF-Bridge «interface»

BridgePatternClient +

«interface»

Shape

main(String[]) : void

+ +

DrawingAPI

draw() : void resizeByPercentage(double) : void

-drawingAPI +

drawCircle(double, double, double) : void

CircleShape -

x: double y: double radius: double drawingAPI: DrawingAPI

+ + +

CircleShape(double, double, double, DrawingAPI) draw() : void resizeByPercentage(double) : void

Draw ingAPI1

Draw ingAPI2 +

drawCircle(double, double, double) : void

+

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drawCircle(double, double, double) : void

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Bridge Exemplo - Código    

/** "Implementor" */ interface DrawingAPI { public void drawCircle(double x, double y, double radius); }

      

/** "ConcreteImplementor" 1/2 */ class DrawingAPI1 implements DrawingAPI { public void drawCircle(double x, double y, double radius) { System.out.printf("API1.circle at %f:%f radius %f\n", x, y, radius); } }

      

/** "ConcreteImplementor" 2/2 */ class DrawingAPI2 implements DrawingAPI { public void drawCircle(double x, double y, double radius) { System.out.printf("API2.circle at %f:%f radius %f\n", x, y, radius); } }

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 

/** "Abstraction" */

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Bridge Exemplo - Código /** "Implementor" */ interface DrawingAPI { public void drawCircle(double x, double y, double radius); } /** "ConcreteImplementor" 1/2 */ class DrawingAPI1 implements DrawingAPI { public void drawCircle(double x, double y, double radius) { System.out.printf("API1.circle at %f:%f radius %f\n", x, y, radius); } } /** "ConcreteImplementor" 2/2 */ class DrawingAPI2 implements DrawingAPI { public void drawCircle(double x, double y, double radius) { System.out.printf("API2.circle at %f:%f radius %f\n", x, y, radius); } }

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Bridge Exemplo - Código interface Shape {/** "Abstraction" */ public void draw(); // low-level public void resizeByPercentage(double pct); // high-level } class CircleShape implements Shape {/** "Refined Abstraction" */ private double x, y, radius; private DrawingAPI drawingAPI; public CircleShape(double x, double y, double radius, DrawingAPI drawingAPI) { this.x = x; this.y = y; this.radius = radius; this.drawingAPI = drawingAPI; } public void draw() {// low level ii.e. low-level e Implementation specific drawingAPI.drawCircle(x, y, radius); } public void resizeByPercentage(double pct) {// high-level i.e. Abstraction specific radius *= pct; } }

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Bridge Exemplo - Código /** "Client" */ class BridgePatternClient { public static void main(String[] args) { Shape[] p [] shapes p = new Shape[] p [] { new CircleShape(1, 2, 3, new DrawingAPI1()), new CircleShape(5, 7, 11, new DrawingAPI2()), }; for (Shape shape : shapes) { shape.resizeByPercentage(2.5); shape.draw(); } } }

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Composite 

Objetivo  Compor objetos de forma que partes e estruturas, formadas por estas partes possam ser tratadas de maneira uniforme



Motivação  



Em muitas situações objetos podem ser compostos para gerar outros objetos Caso o código trate as partes e os objetos compostos de forma diferenciada acarretando em uma aplicação mais complexa

Uso  

Representar hierarquias do tipo “todo-parte” de objetos Tratar tanto objetos individuais, quanto composições destes objetos de maneira uniforme

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Composite Exemplo 

O diagrama mostra o uso deste padrão de projeto  Um Menu é composto é composto de elementos MenuItem, porém o tratamento do todo (Menu) como das suas partes (MenuItem) será mesmo pois ambos representam herança de MenuComponent class GOF-Composite

Client MenuComponent 0..*

é composto

MenuItem {leaf}

Menu

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Composite Exempo 

Aplicação Gráfica  

Uma Ellipse ou um Circle é um elemento gráfico É possível ter grupos de elementos gráficos que devem ser tratados de maneira uniforme class GOF-Composite Sample «interface» Client +

Graphic +

main(String[]) : void

Ellipse {leaf} +

print() : void

print() : void

Circle

Group {leaf}

+

print() : void

-

mChildGraphics: List = new ArrayList
+ + +

print() : void add(Graphic) : void remove(Graphic) : void

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Composite Exemplo – Código import java.util.List; import java.util.ArrayList; interface Graphic {/** "Component" */ //Prints the graphic. g p public void print(); } public final class Ellipse implements Graphic {/** "Leaf" */ public void print() { System.out.println("Ellipse"); } } public final class Circle implements Graphic {/** {/ "Leaf" Leaf *// public void print() { System.out.println("Circle"); } }

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Composite Exemplo – Código class Group implements Graphic {/** "Composite" */ //Collection of child graphics. private List mChildGraphics = new ArrayList(); public void p print() p () { for (Graphic graphic : mChildGraphics) { graphic.print(); } } public void add(Graphic graphic) {//Adds the graphic to the composition. mChildGraphics.add(graphic); } public void remove(Graphic graphic) {//Removes the graphic from the composition. composition mChildGraphics.remove(graphic); } }

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Composite Exemplo – Código public class Client {/** Client */ public static void main(String[] args) { Ellipse ellipse1 = new Ellipse(); //Initialize single graphics Ellipse = new Ellipse(); p ellipse2 p p (); Circle circle1 = new Circle (); Circle circle2 = new Circle (); Group = new Group(); //Initialize three composite graphics Group graphic1 = new Group(); Group graphic2 = new Group(); graphic1.add(ellipse1); //Composes the graphics graphic1.add(ellipse2); graphic1.add(circle1); graphic1 add(circle1); graphic2.add(circle2); graphic.add(graphic1); graphic.add(graphic2); //Prints the complete graphic components graphic.print(); } Programação Orientada a Objetos 2 } Flávio de Oliveira Silva, M.Sc.

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Proxy 

Objetivo 



Fornece um substituto para um outro objeto permitindo o controle de acesso a este objeto

Motivação  

Em muitas situações é necessário controlar o acesso a um objeto a fim de adiar o custo de sua criação e inicialização Por exemplo: 





Um documento que contém várias fotos. Abrir todos os arquivos de forma simultânea poderia ser ineficiente O proxy fornece uma representação para a imagem e sua exibição somente ocorrerá no momento em que a página que contiver a respectiva foto seja exibida

Uso   

Proxy Remoto – Oferece uma representação local para um objeto remoto, por exemplo, em outro espaço de endereçamento Proxy Virtual – Oferece uma representação para um objeto cuja criação será feita por demanda Protection Proxy – Controla o acesso a um determinado objeto Programação Orientada a Objetos 2 101 Flávio de Oliveira Silva, M.Sc.

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Proxy Estrutura  

A classe ProxySubject representa a classe Subject. Neste caso o cliente (Client) utilizará uma instância de ProxySubject e não de subject A classe ProxySubject pode por exemplo: restringir o acesso ao subject; ser uma representação local; conter um cache para um subject remoto class GOF-Proxy

«interface» ISubj ect

Client

+

operation() : void

ProxySubj ect

Subj ect

-

subject: Subject

+

operation() : void

+

operation() : void

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Proxy Exemplo  

A classe ProxyImage representa uma imagem Neste caso trata-se de um proxy virtual, o cliente do proxy (ProxyClient) não precisa criar objetos da classe RealImage, mas apenas da classe ProxyClient que representará um objeto da classe RealImage class GOF-Proxy «interface» ProxyClient +

main(String[]) : void

-

filename: String image: RealImage

+ +

ProxyImage(String) displayImage() : void

Image +

displayImage() : void

RealImage

ProxyImage -image

-

filename: String

+ +

RealImage(String) loadImageFromDisk() : void displayImage() : void

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Proxy Exemplo – Código interface Image { void displayImage(); } class RealImage implements Image { private String filename; public RealImage(String filename) { this.filename = filename; loadImageFromDisk(); } private void loadImageFromDisk() { System.out.println( Loading " + filename); System out println("Loading } public void displayImage() { System.out.println("Displaying " + filename); } }

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Proxy Exemplo – Código class ProxyImage implements Image { private String filename; private RealImage image; public ProxyImage(String p y g ( g filename)) { this.filename = filename; } public void displayImage() { if (image == null) { image = new RealImage(filename); } image.displayImage(); } }

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Proxy Exemplo – Código class ProxyClient { public static void main(String[] args) { Image image1 = new ProxyImage("HiRes_10MB_Photo1"); Image g image2 g = new ProxyImage("HiRes y g ( _10MB_Photo2"); ); image1.displayImage(); // loading necessary image2.displayImage(); // loading necessary image1.displayImage(); // loading unnecessary } }

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Padrões Comportamentais   

Representam e descrevem padrões de comunicação entre objetos a fim de realizar um comportamento específico Seu objetivo é que foco do projeto seja a interconexão entre os objetos a fim de obter este comportamento Padrões definidos por Gamma et. al. (GoF)            

Chain of Responsibility Command Flyweigth Interpreter Iterator Mediator Memento Observer State Strategy Template Visitor

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Padrões Comportamentais       

Observer Command Strategy Template Iterator Visitor Mediator

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Observer 

Objetivo 



Motivação   



Define uma dependência entre objeto e vários outros(um-para-muitos) sendo que em uma alteração neste objeto, todos os outros são notificados Em muitas situações um objeto pode ter vários outros dependentes. Neste caso sempre que este objeto (sujeito) for alterado é interessante que outros sejam notificados Isto porém pode levar a um forte acoplamento entre os mesmos

Uso   

Quando uma abstração (Classe) possuir dois ou mais aspectos estes podem ser encapsulados em diferentes classes Em situações onde a alteração de um objeto pode afetar um grupo de outros objetos não conhecidos previamente Permitir que um objeto seja capaz de notificar outros sem que estejam acoplados Programação Orientada a Objetos 2 Flávio de Oliveira Silva, M.Sc.

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Observer Estrutura  

O sujeito (subject) é observado por uma lista de observadores (Observer) Um método notify() invoca o método update() nos observadores class GOF-Observ er

Subject

Observer

-

observers: List

+ + +

attach(Observer) : void detach(Observer) : void notfiy() : void

+

ConcreteSubj ect

update() : void

ConcreteObserv er

-

subejctState: Object

-

observerState: Object

+ + +

attach(Observer) : void detach(Observer) : void notfiy() : void

+

update() : void

«property get» + getSubejctState() : Object «property set» + setSubejctState(Object) : void

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Observer Exemplo 

A medida que as ações de uma empresa (Stock) forem alteradas os investirores (Inverstor) serão notificados

class GOF-Observ er

Stock -

symbol: String price: double investors: List = new List
+ + + + + + +

Stock(String, double) attach(IInvestor) : void detach(IInvestor) : void notify() : void getPrice() : double setPrice(double) : void getSymbol() : String

«interface» IInvestor +

update(Stock) : void

-

name: String stock: Stock

+ + + +

Investor(String) update(Stock) : void getStock() : Stock setStock(Stock) : void

-stock

Petrobras

M i A li ti MainApplication

Inv estor +

Main() : void

+

Petrobras(String, double)

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Observer Exemplo - Código /// MainApp startup class for Real-World public class MainApplication { public static void Main(){ // Create Petrobras stock and attach investors Petrobras petro = new Petrobras("Petrobras", 120.00); petro.attach(new Investor("Sorros")); petro.attach(new Investor("Berkshire")); // Fluctuating prices will notify investors petro.setPrice(120.10); petro.setPrice(121.00); petro.setPrice(120.50); petro setPrice(120 50); petro.setPrice(120.75); } }

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Observer Exemplo - Código /// The 'Subject' abstract class public abstract class Stock { private String symbol; private double price; private List investors = new List(); p (); public Stock(String symbol, double price){ this.symbol = symbol; this.price = price; } public void attach(IInvestor investor){ investors.add(investor); } public void detach(IInvestor investor){ investors.remove(investor); } public void notify() { for (IInvestor investor : investors){ investor.update(this); } System.out.println(""); }

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Observer Exemplo - Código public double getPrice(){ return price; } public void setPrice(double nprice){ if (price != nprice){ price = nprice; p p ; notify(); } } // Gets the symbol public String getSymbol(){ return symbol; }

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Observer Exemplo - Código // The 'ConcreteSubject' class public class Petrobras extends Stock { // Constructor public Petrobras(String symbol, double price) { super(symbol, price) } }

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Observer Exemplo - Código // The 'Observer' interface interface Iinvestor { void update(Stock stock); } // The 'ConcreteObserver' class public class Investor implements IInvestor { private String name; private Stock stock; public Investor(String name){ this.name = name; } public void update(Stock stock){ System.out.println( Notificando " + this.name que " + stock.getSymbol() System out println("Notificando this name + "que stock getSymbol() + " alterou para " + stock.getPrice(); } public Stock getStock() { return stock; } public void setStock(Stock value){ stock = value; } }

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Command     

Objetivo Motivação Uso Estrutura Exemplo Código

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Command Exemplo - Estrutura class GOF-Command -flipUpCommand

«interface» Command +

flipDownCommand

execute() : void

Sw itch PressSw itch +

main(String[]) : void

-

flipUpCommand: Command flipDownCommand: Command

+ + +

Switch(Command, Command) flipUp() : void flipDown() : void

FlipUpCommand -

theLight: Light

+ +

FlipUpCommand(Light) execute() : void

FlipDow nCommand -

theLight: Light

+ +

FlipDownCommand(Light) execute() : void

-theLight-theLight Light + + +

Light() turnOn() : void turnOff() : void

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Command Código /* The Invoker class */ public class Switch { private Command flipUpCommand; private Command flipDownCommand; p p ; public Switch(Command flipUpCmd, Command flipDownCmd) { this.flipUpCommand = flipUpCmd; this.flipDownCommand = flipDownCmd; } public void flipUp() { flipUpCommand.execute(); } public void flipDown() { flipDownCommand.execute(); } }

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Command Código /* The Receiver class */ public class Light { public Light() { } public void turnOn() p () { System.out.println("The light is on"); } public void turnOff() { System.out.println("The light is off"); } }

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Command Código /* The Command interface */ public interface Command { void execute(); } /* The Command for turning the light on in North America, or turning the light off in most other places */ public class FlipUpCommand implements Command { private Light theLight; public FlipUpCommand(Light light) { this.theLight = light; } public void execute(){ theLight.turnOn(); } }

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Command Código /* The Command for turning the light off in North America, or turning the light on in most other places */ public class FlipDownCommand implements Command { private Light theLight; public FlipDownCommand(Light light) { this.theLight = light; } public void execute() { g (); theLight.turnOff(); } }

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Command Código public class PressSwitch { // The test class or client public static void main(String[] args) { Light lamp = new Light(); Command switchUp p = new FlipUpCommand(lamp); p p ( p); Command switchDown = new FlipDownCommand(lamp); Switch s = new Switch(switchUp, switchDown); try { if (args[0].equalsIgnoreCase("ON")) { s.flipUp(); } else if (args[0].equalsIgnoreCase("OFF")) { s.flipDown(); } else { System.out.println("Argument \"ON\" or \"OFF\" is required."); } } catch (Exception e) { System.out.println("Arguments required."); } } Programação Orientada a Objetos 2 } Flávio de Oliveira Silva, M.Sc.

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Command Código /* The Invoker class */ public class Switch { private Command flipUpCommand; p p p ; private Command flipDownCommand; public Switch(Command flipUpCmd, Command flipDownCmd) { this.flipUpCommand = flipUpCmd; this.flipDownCommand = flipDownCmd; } public void flipUp() { flipUpCommand.execute(); } public void flipDown() { flipDownCommand.execute(); }

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}

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Strategy 

Objetivo 



Motivação ç  



Definir uma família de algoritmos que podem ser intercambiáveis sendo possível alterar os algoritmos sem alterar o cliente que os utiliza Considere a existência de vários algoritmos para uma mesma tarefa, por exemplo, ordenar uma lista de objetos Uma aplicação que deve suportar diferentes algoritmos pode tornar-se complexa e no geral não permite a adição de novos que possam ser desenvolvidos

Uso    

Configurar o uso considerando que existem classes relacionadas com diferentes comportamentos Existência de diferentes algoritmos ou métodos que podem ser implementados e que devem ser selecionados em tempo de execução Impedir que o cliente tenha que manter dados específicos para diferentes algoritmos Remover o uso de estruturas de seleção, como um switch, em uma operação. Neste caso cada possibilidade de código a ser executado se transforma em uma diferente estratégia

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Strategy Estrutura   

Um mesma mesma estratégia (Strategy) pode ser implementada de diversas formas (AConcreteStategy, BConcreteStategy, CConcreteStategy) Em um contexto (Context) contém uma estratégia genérica (Client) Uma alteração no contexto pode O contexto é utlizado por um cliente (Client). indicar o uso de uma nova estratégia

class GOF-Strategy

«interface» Strategy

Context -

strategy: Strategy +

callAlgorithm() : void

Client

AConcreteStrategy +

BConcreteStrategy

callAlgorithm() : void

+

CConcreteStrategy

callAlgorithm() : void

+

callAlgorithm() : void

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Strategy Exemplo 

Neste caso a estratégia permite que o cliente (StrategyExample) utilize diferentes operações aritméticas conforme o contexto (Context) utilizado

class GOF GOF-Strategy Strategy Sample «interface»

Context strategy: Strategy

+ +

Context(Strategy) executeStrategy(int, int) : int

+

ConcreteStrategyAdd StrategyExample +

Strategy

-strategy

-

+

execute(int, int) : int

execute(int, int) : int

ConcreteStrategySubtract

ConcreteStrategyMultiply

+

+

execute(int, int) : int

execute(int, int) : int

main(String[]) : void

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Strategy Exemplo - Código interface Strategy { int execute(int a, int b); } class ConcreteStrategyAdd implements Strategy gy p gy { public int execute(int a, int b) { System.out.println("Called ConcreteStrategyAdd's execute()"); return a + b; } } class ConcreteStrategySubtract implements Strategy { public int execute(int a, int b) { System.out.println("Called ConcreteStrategySubtract's execute()"); return a - b; } } class ConcreteStrategyMultiply implements Strategy { public int execute(int a, int b) { System.out.println("Called ConcreteStrategyMultiply's execute()"); return a * b; } }

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Strategy Exemplo - Código class Context { private Strategy strategy; // Constructor public Context(Strategy p ( gy strategy) gy) { this.strategy = strategy; } public int executeStrategy(int a, int b) { return strategy.execute(a, b); } } class StrategyExample { public static void main(String[] args) { Context context; context = new Context(new ConcreteStrategyAdd()); int resultA = context.executeStrategy(3,4); context = new Context(new ConcreteStrategySubtract()); int resultB = context.executeStrategy(3,4); context = new Context(new ConcreteStrategyMultiply()); int resultC = context.executeStrategy(3,4); } Programação Orientada a Objetos 2 } Flávio de Oliveira Silva, M.Sc.

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Template 

Objetivo 

 

Motivação Uso  

 

Define um modelo (template) de um algoritmo em deixando alguns passos para suas subclasses

Implementar as partes invariantes de um algoritmo na superclasse, deixando para a subclasse o comportamento que pode variar Evitar a duplicação de código, localizado o comportamento comum na superclasse

Estrutura Exemplo Código E l Códi

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Template Estrutura 

A classe abstrata (AbstractClass) possui um conjunto de operações e um método (templateMethod) que é responsável por invocar as operaçoes que são especializadas nas subclasses (ConcreteClass1 e ConcreteClass2) class GOF-Template

AbstractClass + + + +

templateMethod() : void baseOperation() : void primitiveOperation1() : void primitiveOperation2() : void

ConcreteClass1 + +

templateMethod(){ ... baseOperation(); ... primitiveOperation1(); ... primitiveOperation2(); }

ConcreteClass2

primitiveOperation1() : void primitiveOperation2() : void

+ +

primitiveOperation1() : void primitiveOperation2() : void

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Template Exemplo  

Um jogo contém operações básicas que serão especializadas O template method aqui é playOneGame() class GOF GOF-Template Template

Game #

playersCount: int

+ + + + +

initializeGame() : void makePlay(int) : void endOfGame() : boolean printWinner() : void playOneGame(int) : void

Monopoly + + + +

Chess

initializeGame() : void makePlay(int) : void endOfGame() : boolean printWinner() : void

+ + + +

initializeGame() : void makePlay(int) : void endOfGame() : boolean printWinner() : void

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Template Exemplo – Código public abstract class Game { protected int playersCount; public abstract void initializeGame(); public abstract void makePlay(int player); p y( p y ); public abstract boolean endOfGame(); public abstract void printWinner(); /* A template method : */ public final void playOneGame(int playersCount) { this.playersCount = playersCount; initializeGame(); int j = 0; while (!endOfGame()) { makePlay(j); j = (j + 1) % playersCount; } printWinner(); } }

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Template Exemplo – Código //Now we can extend this to implement other games public class Monopoly extends Game { /* Implementation of necessary concrete methods */ public void initializeGame() p () { // Initialize players // Initialize money } public void makePlay(int player) { // Process one turn of player } public boolean endOfGame() { // Return true if game is over // according to Monopoly rules } public void printWinner() { // Display who won } }

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Template Exemplo – Código public class Chess extends Game { /* Implementation of necessary concrete methods */ public void initializeGame() { // Initialize players p y // Put the pieces on the board } public void makePlay(int player) { // Process a turn for the player } public boolean endOfGame() { // Return true if in Checkmate or // Stalemate has been reached } public void printWinner() { // Display the winning player } }

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Template Exemplo – Código public class Monopoly extends Game { /* Implementation of necessary concrete methods */ public void initializeGame() { // Initialize players p y // Initialize money } public void makePlay(int player) { // Process one turn of player } public boolean endOfGame() { // Return true if game is over // according to Monopoly rules } public void printWinner() { // Display who won } }

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Iterator 

Objetivo 

   

Fornece uma maneira de acessar os componentes de um objeto sem expor a sua representação interna

Motivação Uso Estrutura Exemplo Código

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Iterator Estrutura 

O iterator (ListIterator) permite o acesso ao objeto da lista em que seja necessário conhecer o seu interior

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Iterator Exemplo  

Em uma televisão (ConcreteTV) existe um Iterator (ChannelIterator) sobre os canais desta televisão Idepentende de como o acesso aos canais é feito é possível obtê-los através do Iterator class GOF-Iterator «interface» Iterator

ChannelIterator «interface» TV +

getIterator() : ChannelIterator

-

channels: List<String> currentPos: int = 0

+ + + +

ChannelIterator(List<String>) hasNext() : boolean next() : void currentItem() : String

+ + +

hasNext() : boolean next() : void currentItem() : String

-iterator

ConcreteTV -

iterator: ChannelIterator channels: List<String>

+ +

ConcreteTV() getIterator() : ChannelIterator

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Iterator Código //Iterator interface public interface Iterator { public boolean hasNext(); public void next(); p (); public String currentItem(); } //Aggregate interface public interface TV { public ChannelIterator getIterator(); //other TV methods }

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Iterator Código //Concrete Aggregator public class ConcreteTV implements TV{ private ChannelIterator iterator; private List<String> p g channels;; public ConcreteTV() { iterator = new ConcreteChannelIterator(channels); } public ChannelIterator getIterator() return iterator; }

{

}

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Iterator Código //Concrete Iterator public class ChannelIterator implements Iterator { private List<String> channels; private int currentPos = 0;; p public ChannelIterator(List<String> channels){ this.channels = channels; } public boolean hasNext(){ if(currentPos + 1 < channels.size()){ return true; } return false; } public void next() { currentPos++; } public String currentItem() { return channels.get(currentPos); } }

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Visitor 

Objetivo  



Motivação 





Permite que uma ou mais operações seja aplicada a um conjunto ou estrutura de objetos, desacoplando as operações desta estrutura A operação de objetos e é executada sobre o mesmo p ç “visita” o conjunto j j Para calcular o total de uma compra, diferentes operações devem ser executadas sobre o produto. Em alguns caso é necessário pesar o produto para obter seu preço, em outros é necessário apenas ler seu código de barras, em outro finalmente é aplicado um desconto por compras em quantidade Ao passar no caixa, o atendente será o Visitor, que irá obter um produto e então calculará o seu preço.

Uso  

Desacoplar a lógica de uma operação dos objetos que são submetidos a esta o operação Permitir que operações diferentes e não relacionadas seja aplicadas em uma estrutura de objetos

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Visitor Estrutura 

A interface Visitor define uma operação sobre um elemento (ConcreteElement). Um elemento por sua vez possui uma operação que permite aceitar um visitante (accept), associando-se ao vistante

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Visitor Estrutura

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Visitor Estrutura

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Visitor Exemplo Utilizando um visitor (PostageVisitor) será possível implementar o cálculo do frente para diferentes produtos (Book, CD, DVD) e então calcular o valor do frete (calculatePostage)



class GOF - Visitor

ShoppingCart -

items: ArrayList

+

calculatePostage() : double

PostageVisitor «interface» Visitable +

accept(Visitor) : void

«interface» -

totalPostageForCart: double

+ + + +

visit(Book) : void visit(CD) : void visit(DVD) : void getT otalPostage() : double

Visitor + + +

visit(Book) : void visit(CD) : void visit(DVD) : void

Element +

accept(Visitor) : void

Book -

price: double weight: double

+ +

getPrice() : double getWeight() : double

CD

DVD

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Visitor Exemplo - Código //Element interface public interface Visitable { public void accept(Visitor visitor); } //abstract element public abstract class Element implements Visitable { //accept the visitor public void accept(Visitor visitor) { visitor.visit(this); } } //concrete element public class CD extends Element{ } //concrete element public class DVD extends Element{ }

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Visitor Exemplo - Código //concrete element public class Book extends Element { private double price; private double weight; p g ; public double getPrice() { return price; } public double getWeight() { return weight; } }

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Visitor Exemplo - Código public interface Visitor { public void visit(Book book); //visit other concrete items public void visit(CD cd); p ( ); public void visit(DVD dvd); }

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Visitor Exemplo - Código public class PostageVisitor implements Visitor { private double totalPostageForCart; //collect data about the book public void visit(Book book)) p ( { //assume we have a calculation here related to weight and price //free postage for a book over 10 if(book.getPrice() < 10.0) { totalPostageForCart += book.getWeight() * 2; } } //add other visitors here public void visit(CD cd){ cd){...}} public void visit(DVD dvd){...} //return the internal state public double getTotalPostage() { return totalPostageForCart; } }

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Visitor Exemplo - Código public class ShoppingCart { //normal shopping cart stuff private ArrayList items; public double calculatePostage() p g () { //create a visitor PostageVisitor visitor = new PostageVisitor(); //iterate through all items for(Visitable item: items) { item.accept(visitor); } double postage = visitor.getTotalPostage(); return postage; } }

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Mediator 

Objetivo  



Motivação  



Permite criar um baixo acoplamento entre um conjunto de objetos que se comunica e interage O mediator é o objeto que realiza a comunicação com cada objeto permitindo que esta comunicação entre estes objetos ocorra de forma independende uma das outras Uma torre de controle em um aeroporto é o mediator entre os aviões e o aeroporto Ao invés dos aviões comunicarem entre si cada um comunica diretamente com a torre

Uso  

Quando existe uma comunicação complexa, porém bem definida, entre objetos Em situações onde existem vários relacionamentos entres objetos produzindo uma diagrama de classes que indica alto acoplamento Programação Orientada a Objetos 2 Flávio de Oliveira Silva, M.Sc.

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Mediator Estrutura 

O mediator define uma interface para a comunicação entre diferentes partes (Colleage). Um mediator é então criado (ConcreteMediator) a fim de implementar o comportamento para a comunicação

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Mediator Exemplo A comunicação entre as entidades (FixedEntity e MobileEntity) é realizada através do mediator (ApplicationMediator) associado a cada entidade



class GOF - Mediator

Entity

«interface» Mediator +

-mediator

ApplicationMediator

Client +

main(String[]) : void

-

mediator: Mediator

+ + + +

Entity(Mediator) send(String) : void getMediator() : Mediator receive(String) : void

send(String, Entity) : void

-

MobileEntity

entitys: ArrayList<Entity> +

+ + +

receive(String) : void

ApplicationMediator() pp () addEntity(Entity) : void send(String, Entity) : void

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FixedEntity +

receive(String) : void

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Mediator Código //Mediator interface public interface Mediator { public void send(String message, Entity entity); } public abstract class Entity {//Entity Abstract Base Class private Mediator mediator; public Entity(Mediator m){ mediator = m; } public void send(String message){ //send a message via the mediator mediator.send(message, this); } public Mediator getMediator(){ //get access to the mediator return mediator; } public abstract void receive(String message); }

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Mediator Código public class ApplicationMediator implements Mediator { private ArrayList<Entity> entitys; public ApplicationMediator(){ entitys y = new ArrayList<Entity>(); y y (); } public void addEntity(Entity entity) { entitys.add(entity); } public void send(String message, Entity originator) { //let all other screens know that this screen has changed for(Entity entity: entitys){ //don //don'tt tell ourselves if(entity != originator){ entity.receive(message); } } } }

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Mediator Código public class FixedEntity extends Entity { public void receive(String message){ System.out.println("FixedEntity Received: " + message); } } public class MobileEntity extends Entity { public void receive(String message) { System.out.println("MobileEntity Received: " + message); } }

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Mediator Código //Client shows the use public class Client { public static void main(String[] args) { ApplicationMediator mediator = new ApplicationMediator(); pp pp (); FixedEntity desktop = new FixedEntity(mediator) FixedEntity mobile = new MobileEntity(mediator) mediator.addEntity(desktop); mediator.addEntity(mobile); desktop.send( Hello World ); desktop send("Hello World"); mobile.send("Hello"); } }

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