Bài giảng Các mẫu thiết kế hướng đối tượng - Chương 6: Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các đối tượng (Structural Patterns)

Chương 6

Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối

tượng (Structural Patterns)

6.1 Tổng quát về mẫu thiết kế HĐT

6.2 Mẫu Adapter

6.3 Mẫu Composite

6.4 Mẫu Proxy

6.5 Mẫu Decorator

6.6 Mẫu Facade

6.7 Mẫu Flyweight

6.8 Kết chương

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 1

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.1 Tổng quát về mẫu thiết kế HĐT

 Trong việc phát triển 1 phần mềm, ta thường thực hiện các hoạt

₫ộng chức năng sau ₫ây :

1. Nắm bắt yêu cầu phần mềm

2. Phân tích từng chức năng

3. Thiết kế

4. Hiện thực (hay viết code)

6. Kiểm thử

 Các hoạt ₫ộng trên có mối quan hệ phụ thuộc nhau, cụ thể kết

quả của bước i là dữ liệu ₫ầu vào của bước thứ i+1. Do ₫ó nếu

bước thứ i có lỗi, nghĩa là kết quả của nó không ₫úng thì sẽ kéo

theo các bước sau ₫ó sẽ bị lỗi cho dù ta cố gắng thực hiện chúng

tốt cách gì ₫i nữa.

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 2

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.1 Tổng quát về mẫu thiết kế HĐT

 Như vậy, lỗi ở bước ₫ầu tiên là nguy hại nhất, kế ₫ó là lỗi ở bước

thức 2, thứ 3, ... Tuy nhiên, các bước nắm bắt yêu cầu và phân

tích chức năng thường chỉ tạo ra kết quả ít, chưa có ₫ộ phức tạp

cao, do ₫ó ta vẫn có cách kiểm soát ₫ể những kết quả này ít có lỗi

nhất. Còn bắt ₫ầu từ bước thiết kế trở ₫i, kết quả sẽ nhiều và có

₫ộ phức tạp cao hơn nên sẽ khó kiểm soát hơn. Và nếu có lỗi ở

bước này thì rất nguy hại vì sẽ kéo theo hoạt ₫ộng hiện thực

không có ý nghĩa gì nữa.

 Tóm lại, thiết kế phần mềm là một vấn ₫ề rất khó khăn, nhất là khi

phần mềm lớn, mối quan hệ giữa các phần tử sẽ nhiều và phức

tạp, bản thiết kế thường không hiệu quả và chứa nhiều lỗi khó

biết. Hơn nữa, ta thường phải trả giá cao cho các lỗi thiết kế vì

chúng ảnh hưởng nặng nề ₫ến các giai ₫oạn sau như viết code,

kiểm thử….

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 3

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.1 Tổng quát về mẫu thiết kế HĐT

 Dùng phương pháp thiết kế hướng ₫ối tượng sẽ giúp ta có thể thiết

kế ₫ược phần mềm có cấu trúc rõ ràng, mạch lạc, nhờ ₫ó ta dễ

phát hiện lỗi nếu có, dễ hiệu chỉnh, dễ nâng cấp từng thành phần

(thí dụ nhờ tính bao ₫óng, bao gộp, thừa kế, ₫a xạ, tổng quát

hóa…).

 Tuy nhiên việc thiết kế phần mềm HĐT còn phụ thuộc nhiều vào

khả năng người thiết kế, không phải ai thiết kế ₫ều tạo ₫ược

những kết quả tích cực như ₫ã nêu trên.

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 4

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.1 Tổng quát về mẫu thiết kế HĐT

 Hiện nay, hoạt ₫ộng thiết kế phần mềm là phải ₫ạt ₫ược 3 miêu

tiêu chính sau ₫ây (trong nhiều mục tiêu khác) :

. Mục tiêu 1 : thiết kế ₫ược phần mềm giải quyết ₫úng các chức

năng mà user yêu cầu. Đây là mục tiêu chính yếu nhất.

. Mục tiêu 2 : phải hạn chế ₫ược việc tái thiết kế lại trong tương

lai, cho dù vì lý do gì.

. Mục tiêu 3 : bản thiết kế hiện hành phải hỗ trợ tốt nhất việc tái

thiết kế lại nếu vì lý do gì ₫ó phải tái thiết kế lại phần mềm.

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 5

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.1 Tổng quát về mẫu thiết kế HĐT

Có nhiều nguyên nhân dẫn ₫ến tái thiết kế phần mềm (PM) :

. Do PM phụ thuộc vào phần cứng, hệ ₫iều hành (OS) hay PM khác

: PM càng dùng trực tiếp các thông số phần cứng hay PM liên

quan sẽ phải thay ₫ổi khi các thông số này thay ₫ổi.

. Do PM phụ thuộc vào giải thuật : khi PM có nhiều giải pháp, nhiều

mức ₫ộ xử lý cho cùng một vấn ₫ề, việc ràng buộc chặt chẽ PM

với giải pháp cụ thể sẽ dẫn ₫ến khó bổ sung, thay ₫ổi PM.

. Do PM chưa có tính tổng quát hóa. Thí dụ tiện ích gỏ phím tiếng

Việt lúc ₫ầu chỉ hỗ trợ nhập liệu theo 1 cách gỏ cụ thể, nếu muốn

PM này hỗ trợ gỏ nhiều cách khác, ngay cả cách do user tự ₫ặt thì

phải thiết kế lại PM gỏ phím.

. Các thành phần của PM liên quan nhau quá chặt chẽ : hiệu chỉnh,

nâng cấp 1 thành phần thường phải thay ₫ổi các thành phần phụ

thuộc trực tiếp và gián tiếp nó theo kiểu dây chuyền.

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 6

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.1 Tổng quát về mẫu thiết kế HĐT

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 7

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.1 Tổng quát về mẫu thiết kế HĐT

 Một biện pháp ₫ược ₫ề xuất ₫ể có những bản thiết kế tốt, hạn chế

₫ược việc tái thiết kế lại và khi cần thiết kế lại, nó phải hỗ trợ tốt

nhất việc tái thiết kế là sử dụng lại những mẫu thiết kế hướng ₫ối

tượng (Object Oriented Design Patterns), hay gọi tắt là mẫu thiết

kế (Design Patterns).

 Vậy mẫu thiết kế là gì ? Mẫu thiết kế có các ₫ặc ₫iểm sau :

. Là bản thiết kế của những người chuyên nghiệp và nổi tiếng,

₫ã ₫ược sử dụng trong các phần mềm ₫ang ₫ược dùng phổ

biến và ₫ược người dùng ₫ánh giá tốt.

. Giúp giải quyết 1 trong những vấn ₫ề thiết kế thường gặp trong

các phần mềm.

. Giúp cho bản thiết kế phần mềm có tính uyển chuyển cao, dễ

hiệu chỉnh và dễ nâng cấp.

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 8

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.1 Tổng quát về mẫu thiết kế HĐT

Vai trò của mẫu thiết kế : mẫu thiết kế ₫óng 1 số vai trò chính yếu

như sau :

. Cung cấp phương pháp giải quyết những vấn ₫ề thực tế

thường gặp trong phần mềm mà mọi người ₫ã ₫ánh giá, kiểm

nghiệm là rất tốt.

. Là biện pháp tái sử dụng tri thức các chuyên gia phần mềm.

. Hình thành kho tri thức, ngữ vựng trong giao tiếp giữa những

người làm phần mềm.

. Giúp ta tìm hiểu ₫ể nắm vững hơn ₫ặc ₫iểm ngôn ngữ lập trình

hướng ₫ối tượng.

Như vậy, nếu sử dụng triệt ₫ể các mẫu thiết kế trong việc thiết kế

phần mềm mới, ta sẽ tiết kiệm ₫ược chi phí, thời gian và nguồn lực.

Hơn nữa PM tạo ₫ược sẽ có ₫ộ tin cậy, uyển chuyển cao, dễ dàng

hiệu chỉnh và nâng cấp sau này khi cần thiết.

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 9

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.1 Tổng quát về mẫu thiết kế HĐT

Phân loại các mẫu thiết kế : Dựa vào công dụng, ta có thể phân các

mẫu thiết kế thành 3 nhóm chính :

. Structural (nhóm mẫu cấu trúc) : các mẫu này cung cấp cơ chế

₫ể quản lý cấu trúc và mối quan hệ giữa các class, thí dụ ₫ể

dùng lại các class có sẵn (class thư viện, class của bên thứ ba

- third party,…), ₫ể tạo mối ràng buộc thấp nhất giữa các class

(lower coupling) hay cung cấp các cơ chế thừa kế khác.

. Creational (nhóm mẫu phục vụ khởi tạo ₫ối tượng) : giúp khắc

phục các vấn ₫ề về khởi tạo ₫ối tượng, nhất là ₫ối tượng lớn và

phức tạp, hạn chế sự phụ thuộc của phần mềm vào platform

cấp thấp.

. Behavioral (nhóm mẫu giải quyết hành vi của ₫ối tượng) : giúp

che dấu sự hiện thực của ₫ối tượng, che dấu giải thuật, hỗ trợ

việc thay ₫ổi cấu hình ₫ối tượng một cách linh.

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 10

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.1 Tổng quát về mẫu thiết kế HĐT

Phân loại các mẫu thiết kế : Còn nếu dựa vào loại phần tử ₫ược

dùng trong mẫu, ta có thể phân các mẫu thiết kế thành 2 nhóm

chính :

. Class patterns : nhóm mẫu thiết kế chỉ sử dụng các class và

mối quan hệ tĩnh giữa các class như thừa kế, hiện thực. Các

mối quan hệ này ₫ược xác ₫ịnh tại thời ₫iểm dịch, do ₫ó class

patterns thích hợp cho thành phần chức năng không cần thay

₫ổi ₫ộng trong thời gian chạy.

. Object patterns : nhóm mẫu thiết kế có dùng mối quan hệ giữa

các ₫ối tượng, mối quan hệ này rất ₫ộng vì dễ dàng thay ₫ổi

bất kỳ lúc nào trong lúc phần mềm chạy

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 11

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.1 Tổng quát về mẫu thiết kế HĐT

 Trong phần còn lại của chương này, chúng ta sẽ giới thiệu 1 số

mẫu thiết kế có tần suất sử dụng lại trong các ứng dụng cao nhất,

mỗi mẫu thiết kế ta sẽ miêu tả các thông tin như :

. Tên gốc tiếng Anh của mẫu

. Mục tiêu của mẫu

. Thí dụ về sử dụng mẫu

. Lược ₫ồ class miêu tả mẫu : chứa các phần tử (class, ₫ối

tượng) trong mẫu và mối quan hệ giữa chúng.

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 12

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.2 Mẫu Adapter

Mục tiêu :

. Chuyển ₫ổi interface của một class chức năng có sẵn thành

một interface khác theo yêu cầu sử dụng của phần tử sử dụng

class ₫ó (ta gọi phần tử sử dụng là Client).

. Thật vậy, trong lập trình ₫ôi khi có những tình huống mà chúng

ta cần dùng một class có sẵn nhưng thông qua 1 interface

khác chứ không muốn thông qua interface của chính class ₫ó.

Mẫu Adapter giúp chúng ta giải quyết vấn ₫ề này

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 13

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.2 Mẫu Adapter

Thí dụ về việc dùng mẫu Adapter :

. Ta muốn viết chương trình soạn thảo ₫ồ họa (DrawingEditor) cho

phép user vẽ các ₫ối tượng ₫ồ họa như Line, Rectangle, Ellipse,

Polygon, Text... Code quản lý các ₫ối tượng ₫ồ họa (ta gọi là

Client) xử lý chúng thông qua interface thống nhất là

IDrawingShape. Hiện thực các class Line, Rectangle, Ellipse,

Polygon từ ₫ầu khá dễ vì chúng là những ₫ối tượng ₫ơn giản

nhưng hiện thực class Text thì phức tạp hơn (giả sử class này có

khả năng hiển thị nội dung chuỗi trên nhiều dòng và có ₫ịnh dạng

phong phú). Giả sử chúng ta ₫ang lập trình trên platform có cung

cấp sẵn 1 class có tên là TextView, class này cung cấp chức năng

quản lý Text giống như chương t r ình muốn nh ưng interface sử

dụng của nó là ITextView không giống với interface IDrawingShap

của chương trình.

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 14

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.2 Mẫu Adapter

Thí dụ về việc dùng mẫu Adapter :

. Việc thay ₫ổi interface IDrawingShape của chương trình thành

ITextView là không thể ₫ược vì ảnh hưởng ₫ến các class ₫ối tượng

₫ồ họa khác ₫ã viết. Việc hiệu chỉnh lại class TextView ₫ể hỗ trợ

interface IDrawingShape của chương trình cũng không khả thi vì

TextView ₫ã ₫ược sử dụng bởi nhiều ứng dụng khác, hệ thống

không thể thay ₫ổi tùy tiện interface sử dụng của nó ₫ược.

. Cách tốt nhất ₫ể chương trình DrawingEditor của chúng ta có thể

dùng ₫ược class TextView mà không cần thay ₫ổi TextView cũng

chẳng cần thay ₫ổi mã nguồn của ứng dụng là dùng mẫu Adapter,

cụ thể ₫ịnh nghĩa class TextShape như là phần tử ₫ại diện cho

TextView, nó sẽ cung cấp ₫úng interface sử dụng mà chương trình

cần. Chúng ta sẽ thấy chi phí ₫ịnh nghĩa class TextShape là rất

thấp và ₫ộc lập với ₫ộ phức tạp của class TextView.

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 15

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.2 Mẫu Adapter

Lược ₫ồ class miêu tả mẫu Adapter thể hiện cách thức chương trình

DrawingEditor sử dụng class TextView như sau :

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 16

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.2 Mẫu Adapter

Lược ₫ồ class miêu tả mẫu Adapter thể hiện cách thức chương trình

DrawingEditor sử dụng class TextView như sau :

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 17

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.2 Mẫu Adapter

Lược ₫ồ class miêu tả mẫu Adapter dạng class pattern :

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 18

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.2 Mẫu Adapter

Lược ₫ồ class miêu tả mẫu Adapter dạng class pattern :

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 19

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

6.2 Mẫu Adapter

Lược ₫ồ class miêu tả mẫu Adapter dạng object pattern :

Môn : Các mẫu thiết kế hướng ₫ối tượng

Chương 6 : Các mẫu thiết kế phục vụ tổ chức cấu trúc các ₫ối tượng

Slide 20

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM