PDF de programación - LPS: Introducción a los Patrones de Diseño Software

Federico Peinado
www.federicopeinado.es

Depto. de Ingeniería del Software e
Inteligencia Artificial
disia.fdi.ucm.es

Facultad de Informática
www.fdi.ucm.es

Universidad Complutense de Madrid
www.ucm.es

 Conviene diseñar e implementar elementos
software que puedan usarse para construir
muchos programas diferentes
• Ahorra esfuerzo (evitamos “reinventar la rueda”)
• Permite concentrarse siempre en funcionalidad nueva
• Mejora indirectamente la calidad (hay más revisiones)
 ¡Ojo! Desarrollar software reutilizable es más

difícil y costoso que no reutilizable
• Implica resolver una familia de problemas en lugar de

resolver un único problema particular

• Implicar saber programar software flexible y prever los

ejes de cambio

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 Análisis

• Requisitos de la aplicación
• Especificaciones funcionales

 Diseño de alto nivel

• Arquitecturas software
• Armazones software (frameworks)

 Diseño de bajo nivel

• Patrones de diseño software

 Código

• Componentes software
• Bibliotecas de código
• PE en funciones / POO en métodos
• “Cortar y pegar” 

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 El DOO es difícil, y el DOO reutilizable más difícil todavía
 Los desafíos de diseño se repiten y los diseñadores con

experiencia suelen acabar conociendo las mejores soluciones
• Esas buenas ideas de diseño se conocen como patrones de diseño

 Definiciones de patrones de diseño

• Originalmente, en Arquitectura

(Alexander, 1977)

“Cada patrón describe un problema que ocurre una y otra vez en

nuestro entorno, y luego describe el núcleo de la solución a dicho
problema, de manera que puedas usar esa solución un millón de veces
sin que en realidad lo estés resolviendo dos veces de la misma forma”

• Posteriormente, en Ingeniería del Software

(Gamma, Helm, Johnson y Vlissides, 1995) alias Gang of Four (GoF)

“Un patrón de diseño nombra, abstrae e identifica los aspectos

fundamentales de una estructura común de diseño que la hacen útil para
la creación de un diseño orientado a objetos reutilizable”

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Nivel/Tipo

Creación

Estructura

Comportamiento

Clase

Objeto

Factory method/
Método de fabricación

Adapter/Clase
adaptadora

Abstract factory/
Fábrica abstracta
Builder/Constructor
virtual
Prototype/Prototipo
Singleton/Ejemplar
único

Adapter/Objeto
adaptador
Bridge/Puente
Composite/Objeto
compuesto
Decorator/Decorador
Facade/Fachada
Flyweight/Peso ligero
Proxy/Intermediario

Interpreter/Intérprete
Template method/Método
plantilla

Chain of responsability/
Cadena de responsabilidad
Command/Orden
Iterator/Iterador
Mediator/Mediador
Memento/Recuerdo
Observer/Observador
State/Estado
Strategy/Estrategia
Visitor/Visitante

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 Nombre

• Suele usarse el original en inglés del libro de GoF
• Se han convertido en vocabulario común en DOO

 Propósito

• Descripción de la situación problemática o compleja en la que

parece conveniente aplicar el patrón

 Solución

• Estructuras de diseño involucradas

 Elementos
 Relaciones entre estos elementos
 Responsabilidades y colaboraciones que mantienen estos elementos

 Consecuencias

• Discusión acerca de las ventajas y los inconvenientes del patrón

 Coste asociado, flexibilidad conseguida, alternativas que hay o no hay…

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 Anticípate a las situaciones que te puedan obligar a

modificar el diseño

 Decide qué cambios te gustaría poder hacer en el

futuro sin necesidad de modificar el diseño

 Flexibiliza aquello que haya sido frecuente de

cambios en las últimas iteraciones del desarrollo
 Recuerda: La reutilización siempre tiene un coste

• No afrontes un proyecto usando patrones “a priori”
• Conoce a fondo las consecuencias del patrón antes de usarlo
• Los patrones deberían surgir “naturalmente” al diseñar

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 Controlar explícitamente la creación explícita de objetos

(Fábrica abstracta, Método de fabricación y Prototipo)

 Gestionar dependencias con operaciones concretas

(Cadena de responsabilidad y Orden)

 Gestionar dependencias con la plataforma

(Fábrica abstracta y Puente)

 Gestionar dependencias con la implementación interna de los objetos

(Fábrica abstracta, Puente, Recuerdo e Intermediario)

 Gestionar dependencias con los algoritmos

(Constructor virtual, Iterador, Estrategia, Método plantilla, y Visitante)

 Minimizar el acoplamiento

(Fábrica abstracta, Puente, Cadena de responsabilidad, Orden, Fachada,
Mediador y Observador)

 Controlar la extensión de funcionalidad mediante subclases

(Puente, Cadena de responsabilidad, Objeto compuesto, Decorador,
Observador y Estrategia)

 Resolver la imposibilidad de modificar ciertas clases libremente

(Clase adaptadora, Decorador y Visitante)

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 Lo contrario de los patrones: malas soluciones de DOO

que debemos evitar
• Clases con demasiada funcionalidad (haciendo DE, en realidad)
• Clases que sólo funcionan si se llama a sus métodos en orden
• Clases que heredan funcionalidad “auxiliar” de otras cuando

deberían delegar responsabilidades por composición

• Objetos innecesarios, que realmente sólo sirven para pasar

información a otros (típico al abusar de los patrones)

• Objetos que comparten con cualquiera su información interna
• ...

 Merece la pena conocer más antipatrones de DOO y

también de POO, gestión de proyectos, etc.
http://en.wikipedia.org/wiki/Anti-pattern

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 Gamma, E., Helm, R., Johnson, R., y Vlissides, J.:

Design Patterns: Elements of Reusable Object-
Oriented Software. Addison-Wesley (1995)
 Shalloway, A., Trott, J.R.: Design Patterns

Explained: A New Perspective on Object-Oriented
Design. Addison-Wesley (2001)

 Grand, M.: Patterns in Java. John Wiley & Sons

(1998)

 Freeman, E., Freeman, E., Bates, B., Sierra, K.: Head

First Design Patterns. O’Really Media (2004)
(disponible en Safari UCM)

 OODesign

http://www.oodesign.com/

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 UML significa Lenguaje Unificado de Modelado

• Lenguaje gráfico para visualizar,

especificar, construir y documentar
sistemas software

• UML 2.0 es ampliamente utilizado y

estandarizado por el OMG
(Object Management Group)

 En clase usaremos Diagramas de Clase UML

• Representación de la estructura estática de un programa

orientado a objetos, mostrando sus clases -con atributos y
métodos- y las relaciones que hay entre ellas
 BlueJ, interesante IDE educativo para
aprender Java y UML al mismo tiempo
http://www.bluej.org/

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 Nombre original: Prototype
 Propósito: Permite representar un cierto “tipo” de objetos
mediante un ejemplar “prototípico” (ya creado), que se copia
cada vez que se ha de crear un objeto nuevo de este “tipo”
• Ejemplo: ¿Cómo construir las herramientas de creación de un editor

gráfico cuando todavía no conocemos el tipo de elementos que tendrán?

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 Prototype declara una interfaz de copia
 ConcrePrototype implementa una operación para copiarse a sí

mismo

 Client crea objetos como copias de un ConcretePrototype

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 Desacopla al cliente de la creación de objetos
 Permite añadir nuevos “tipos” de elementos en tiempo

de ejecución

 Permite modificar el comportamiento dinámicamente

a través de la composición
• El cliente delega en un prototipo cuyo “tipo” podemos cambiar
 Facilita la construcción de objetos complejos a partir

de partes predefinidas (los prototipos)

 Reduce la necesidad de definir subclases que

introducen otros patrones de creación (jerarquía de
factorías paralela a la jerarquía de productos)

 ¡Ojo! La operación de copia (clone) no siempre es

trivial de implementar

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 Nombre original: Command
 Propósito: Encapsula un mensaje en forma de objeto, con lo que se

puede “parametrizar” a los clientes, gestionar colas de mensajes,
tener un registro de mensajes y hasta “deshacer” operaciones
• Ejemplo: ¿Cómo hacer que los widgets (botones, menús, etc.) de una GUI en un
armazón para crear GUIs invoquen operaciones específicas de aplicaciones que
aún no se hemos escrito?

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 Command declara la interfaz para ejecutar una operación
 ConcreteCommand vincula un objeto Receiver y una

encarga de llevar a cabo las operaciones (cualquier clase puede
jugar este papel)

operación, implementando el método execute que la invoca

 Client crea un ConcreteCommand y establece su receptor
 Invoker solicita que se ejecute la orden. Receiver es el que se

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cómo realizarla

 Los Command son objetos normales y como tales se pueden

manipular y entender como cualquier otro objeto

 Command desacopla el objeto que invoca la operación del que sabe

 Se pueden crear “macro-órdenes” componiendo varios comandos
 Resulta sen