PATRONES DE DISEÑO Y ESTRUCTURAS DE DATOS

Presentación del tema: "PATRONES DE DISEÑO Y ESTRUCTURAS DE DATOS"— Transcripción de la presentación:

1 PATRONES DE DISEÑO Y ESTRUCTURAS DE DATOS
Informática III Ing. EStela D'Agostino

2 Poder reusar componentes y lograr un mantenimiento fácil.
habitualmente Hardware Software Poder reusar componentes y lograr un mantenimiento fácil. Lograr un software flexible Patrones de diseño Informática III Ing. EStela D'Agostino

3 Un buen diseño de software produce código que es reusable y escalable y la clave para que estas dos características estén presentes son: Utilizar buenas abstracciones Descomposición de los sistemas en subsistemas más acotados. Informática III Ing. EStela D'Agostino

4 La solución debe ser tal, que sirva cada vez que se presenta
Problema Solución La solución debe ser tal, que sirva cada vez que se presenta el mismo problema Informática III Ing. EStela D'Agostino

5 Patrones de diseño . Ingeniero Resuelve problemas Aplicando estándares
Las buenas soluciones permanecen, las malas se rechazan. Todo ingeniero debe conocer y saber aplicar los estándares conocidos . Informática III Ing. EStela D'Agostino

6 Patrones de diseño Se definen con un alto nivel de abstracción.
Son independientes de los lenguajes de programación y de los detalles de implementación. Los patrones promueven y facilitan la reutilización de arquitecturas y diseños de software que han demostrado su validez en muchas aplicaciones. Informática III Ing. EStela D'Agostino

7 Patrones de diseño Erich Gamma, Richard Helm, John Vlissides y Ralph Johnson Design Patterns. 1994 Informática III Ing. EStela D'Agostino

8 Patrones de diseño “Son descripciones de clases y objetos relacionados que están adaptados para resolver un problema de diseño general en un contexto determinado”. Erich Gamma, Richard Helm, John Vlissides y Ralph Johnson Informática III Ing. EStela D'Agostino

9 Patrones de diseño Aplica la idea de patrones de diseño al diseño de software Describe una estructura dentro de la cual catalogar y describir patrones Cataloga 23 patrones Destaca estrategias y aproximaciones basadas en el diseño de patrones Informática III Ing. EStela D'Agostino

10 Patrones de diseño No crearon los patrones descriptos en el libro.
Los descubrieron como existentes dentro de la comunidad del software Informática III Ing. EStela D'Agostino

11 Porque estudiar patrones de diseño
Reuso de soluciones de diseño. Establecer terminología común. Dan una perspectiva de alto nivel sobre el análisis y diseño. Informática III Ing. EStela D'Agostino

12 Clases de patrones de software
Patrones de arquitectura: proporciona un conjunto de subsistemas predefinidos, especifica responsabilidades y relaciones entre ellos. Patrones de programación: tiene que ver con las posibilidades de bajo nivel que tiene un lenguaje de programación determinado. Patrones de análisis: describen un conjunto de prácticas que aseguran la obtención de un buen modelo de un problema y su solución. Informática III Ing. EStela D'Agostino

13 Clases de patrones de software
Patrón de diseño: proporciona un esquema para refinar los subsistemas o componentes de un sistema de software, o las relaciones entre ellos. Describe estructuras repetitivas de comunicación de componentes que resuelven un problema de diseño en un contexto particular Informática III Ing. EStela D'Agostino

14 Otros tipos de patrones
Patrones de programación concurrente Patrones de interfaz gráfica Patrones de organización de código Patrones de optimización de código Patrones de robustez de código Patrones de fases de prueba Informática III Ing. EStela D'Agostino

15 Clasificación de patrones (GoF)
Patrones de creación : Tratan de la inicialización y configuración de clases y objetos. Patrones estructurales: Tratan de desacoplar interfaz e implementación de clases y objetos: ¿Cómo se componen clases y objetos? Patrones de comportamiento: Tratan de las interacciones dinámicas entre sociedades de clases y objetos: ¿Cómo interaccionan y se distribuyen responsabilidades los objetos? Informática III Ing. EStela D'Agostino

16 Propósito De creación Estructurales Comportamiento Factory Method
Adapter Interpreter Template Method Abstract Factory Builder Bridge Chain of responsability Prototype Composite Command Singleton Decorator Mediator Facade Memento Flyweight Observer Proxy State Strategy Visitor Informática III Ing. EStela D'Agostino

17 Patrón state Informática III Ing. EStela D'Agostino

18 Principios básicos de los patrones de diseño
Programe para una interfaz, no para una implementación. Favorecer la composición frente a la herencia de clases. Encuentre lo que varía y encapsúlelo. Informática III Ing. EStela D'Agostino

19 Patrones de diseño La clase de un objeto define el estado interno y la implementación del mismo. El tipo de un objeto sólo se refiere a su interfaz. Conjunto de operaciones a las cuales puede responder. Un objeto puede tener muchos tipos. Objetos de clases diferente pueden tener el mismo tipo. Informática III Ing. EStela D'Agostino

20 No todos los lenguajes hacen esta distinción explícita
Patrones de diseño Herencia de clases Define la implementación de un objeto en términos de la implementación de otros. Herencia de interfaces Describe cuando se puede usar un objeto en lugar de otro. No todos los lenguajes hacen esta distinción explícita Informática III Ing. EStela D'Agostino

21 Patrones de diseño Manipular objetos en función de la interfaz
definida por la clase abstracta, de la cual extiende, tiene dos ventajas: Informática III Ing. EStela D'Agostino

22 Patrones de diseño Los clientes no tienen que conocer los tipos específicos de los objetos que usan, basta con que estos cumplan con la interfaz que esperan los clientes. Informática III Ing. EStela D'Agostino

23 Patrones de diseño Herencia de clases Ventajas Se define estáticamente
Fácil modificación de la implementación Desventajas No se cambian implementaciones en tiempo de ejecución Rompe encapsulamiento Informática III Ing. EStela D'Agostino

24 Composición de objetos
Patrones de diseño Composición de objetos Ventajas Se define dinámicamente No se rompe encapsulamiento Informática III Ing. EStela D'Agostino

25 Que debería ser variable en su diseño
Patrones de diseño Que debería ser variable en su diseño Que puede ser cambiado en su diseño, sin necesidad de rediseñar. Encapsule lo que puede variar. Distintos algoritmos de ordenación de arreglos Encapsule cada algoritmo en una clase Informática III Ing. EStela D'Agostino

26 Beneficios de los patrones
Esto esta revirtiendose Los lenguajes usan patrones para implementar estructuras de datos Beneficios de los patrones Los patrones favorecen la reutilización de diseños y arquitecturas a gran escala. Capturan el conocimiento de los expertos y lo hacen accesible a toda la comunidad software. Proporcionan un cuerpo de conocimiento utilizable por toda la comunidad software. Favorecen la transmisión de conocimiento entre profesionales y entre clientes y desarrolladores Proporcionan un lenguaje común. Los nombres de los patrones forman parte del vocabulario técnico del ingeniero software. Informática III Ing. EStela D'Agostino

27 Problema de los patrones
Los patrones, no llevan de forma directa a la reutilización del código, aunque dicha reutilización se facilita mediante su uso. La integración de los patrones en el proceso de desarrollo se hace todavía de forma manual. El número de patrones identificados es cada vez más grande. Las clasificaciones actuales no siempre sirven de guía para decidir cual usar. Informática III Ing. EStela D'Agostino

28 Problema de los patrones
El número de combinaciones patrones estilos y atributos que se dan en la práctica son incontables. Los patrones se validan por la experiencia y el debate, no mediante la aplicación de técnicas formales. Informática III Ing. EStela D'Agostino

29 Cómo seleccionar un patrón de diseño
Considerar cómo los patrones de diseño solucionan problemas de diseño. Buscar las intenciones de cada patrón. Estudiar cómo se interrelacionan los patrones. Estudiar patrones de propósito similar. Examinar la causa de un rediseño. Considerar que debería ser variable en un diseño. Informática III Ing. EStela D'Agostino

30 Problema a resolver Existe un archivo de texto, el que se debe leer en distintos momentos y bajo condiciones variables. Como lo resuelvo? Informática III Ing. EStela D'Agostino

31 Problema a resolver Varia la estrategia de lectura
Leer solo las palabras que comiencen con t Leer las palabras de más de 5 caracteres Leer los palíndromos Encapsular Informática III Ing. EStela D'Agostino

32 Patrón Estrategia Programar para una interface Encapsular
<interface> Strategy checkStrategy (...) EstrategiaAbstracta Mayor5 Palindromo ComenzarCon Cliente - CheckStrategy miestrategia Encapsular Programar para una interface Informática III Ing. EStela D'Agostino

33 Patrón Estrategia public interface Strategy { public boolean checkStrategy(String s); } Informática III Ing. EStela D'Agostino

34 Patrón Estrategia public class ComenzarConT extend EstrategiaAbstracta implements Strategy { public boolean checkStrategy(String s) { if( s == null || s.length() == 0) return false; return s.charAt(0) = 't'; } } Informática III Ing. EStela D'Agostino

35 Patrón Estrategia public class Mayor5 extend EstrategiaAbstracta implements Strategy { public boolean checkStrategy(String s) { if(s == null) return false; return s.length() > 5; } } Informática III Ing. EStela D'Agostino

36 Patrón Estrategia public class Palindrome extend EstrategiaAbstracta implements Strategy { public boolean checkStrategy(String s) { if(s == null) return false; int length = s.length(); if(length < 2) return true; int half = length/2; for(int i = 0; i < half; ++i) if(s.charAt(i) != s.charAt(length i)) return false; return true; } } Informática III Ing. EStela D'Agostino

37 while((buffer = infile.readLine()) != null) {
public void printWhen(String filename, Strategy which) throws IOException { BufferedReader infile = new BufferedReader(new FileReader(filename)); String buffer = null; while((buffer = infile.readLine()) != null) { StringTokenizer words = new StringTokenizer(buffer); while( words.hasMoreTokens() ) String word = words.nextToken(); if (which.checkStrategy(word)) System.out.println(word); } } } Informática III Ing. EStela D'Agostino

38 Estructura de datos Una estructura de datos es un contenedor que almacena datos. Existen estructuras de datos estandarizadas y que pueden clasificarse según distintos criterios. Informática III Ing. EStela D'Agostino

39 Estructura de datos Extraer objetos de un contenedor no implica destruir el objeto. Un contenedor puede contener objetos por valor o por referencia. objeto1 objeto2 objeto3 objeto1 objeto2 objeto3 referencia1 referencia2 referencia3 Informática III Ing. EStela D'Agostino

40 Clasificación de los contenedores
Ordenados No ordenados 2. Con elementos repetidos sin elementos repetidos 3. Secuencial (método de acceso) Aleatorio Informática III Ing. EStela D'Agostino

41 Operaciones sobre el contenedor
Creación Destrucción Informática III Ing. EStela D'Agostino

42 Servicios que brinda el contenedor
Inserción Extracción Búsqueda Iteración Cardinalidad Vaciado siguiente ( )(para contenedores ordenados) anterior ( ) Informática III Ing. EStela D'Agostino

43 Estructura de datos Simples Estructurados Estáticas Dinámicas
Tipos de datos fundamentales Estructura de datos Tamaño fijo Simples Estructurados Estáticas Dinámicas Listas Recorrido lineal Recorrido no lineal Tamaño variable Grupo de tipos de datos fundamentales o TDA Árboles Listas enlazadas Informática III Ing. EStela D'Agostino

44 Clases contenedoras Los objetos pueden almacenar datos, recuperar datos y remover datos. Objetos Clase contenedora: cuyo estado cambia al remover o insertar objetos. Puede variar entre un estado vacío a uno no vacío Informática III Ing. EStela D'Agostino

45 Estructura de datos implementadas por la mayoría de los lenguajes
Dinámicos: varían el tamaño de la estructura de datos, el comportamiento para insertar y extraer elementos, por como se recorren y algunas características más según como se implementen en el lenguaje. Pilas: Colas: Listas enlazadas: Conjuntos: Árboles: Informática III Ing. EStela D'Agostino

46 Pilas Es una estructura que se conoce como de tipo LIFO (Last Input First Output). Se puede implementar de distintas formas. Habitualmente tiene, entre otros, dos métodos añadir(.....) y sacar (....). Informática III Ing. EStela D'Agostino

47 Pilas Inserto elementos Elemento 1 Elemento 2 ..................
Implementación estática Elemento 1 Elemento 2 Elemento n Extrae elementos Inserto elementos Elemento 1 Elemento 2 Elemento n Elemento 3 Cabecera Implementación dinámica Extrae elementos Informática III Ing. EStela D'Agostino

48 Colas Es una estructura que se conoce como de tipo FIFO (First Input First Output). Se puede implementar de distintas formas. Habitualmente tiene, entre otros, dos métodos o procedimientos añadir(.....) y sacar (....). Informática III Ing. EStela D'Agostino

49 Listas enlazadas Es una estructura que acepta inserción o extracción de elementos en cualquier lugar, al principio, al final o en un lugar determinado. Pueden estar implementadas de forma estática o dinámica. Informática III Ing. EStela D'Agostino

50 Arboles Un árbol es una estructura de datos no lineal y homogénea en el que cada elemento puede tener varios elementos posteriores, pero tan sólo puede tener un elemento anterior. Árbol binario Informática III Ing. EStela D'Agostino

51 Patrones de comportamiento y estructuras de datos
Las clases contenedoras pueden cambiar su estado al insertar o remover objetos. Por lo tanto se pueden utilizar patrones de comportamiento para representar ese cambio de estado. Informática III Ing. EStela D'Agostino

52 Clase Lista implementada con patrones
EstadoAbs insertar (Lista, Object, Object) Lista private EstadoAbs estado EstadoVacio insertar (Lista, Object, Object) EstadoNoVacío insertar (Lista, Object, Object) Informática III Ing. EStela D'Agostino

53 Recorrido de una estructura de datos
Patron iterator AgregadoAbs CrearIterador() Agregado Iterador primero() siguiente() haTerminado() elementoActual() Informática III Ing. EStela D'Agostino

54 Framework Collections de Java
Contiene interfaces, clases abstractas e implementaciones de clases concretas que me permiten manejar datos estructurados. Informática III Ing. EStela D'Agostino

55 Informática III Ing. EStela D'Agostino

56 Framework Collections de Java
Interfaces Informática III Ing. EStela D'Agostino

57 Características de las interfaces
Collections: metodos para agregar y extraer elementos. Sets: no permite elementos duplicados. SortedSet: permite elementos ordenados. List: colección ordenada, sepueden agregar elementos en lugares a elección. Queue: trabaja como una estructura FIFO. Map: mantiene claves pares clave-valor. SortedMap: mantiene claves pares clave-valor, en un orden especificado. Informática III Ing. EStela D'Agostino

58 Clases que implementan las interfaces
Informática III Ing. EStela D'Agostino

59 Beneficios del framework de collecciones de java
Reduce el esfuerzo de programación. Aumenta la calidad. Reduce el esfuerzo para diseñar nuevas APIs. Informática III Ing. EStela D'Agostino

60 Biblioteca estandar de patrones STL en C++
Contenedores Adaptadores de contenedores Contenedores asociativos Iteradores Otros Informática III Ing. EStela D'Agostino

61 Biblioteca estandar de patrones STL en C++
Vector<T>: arreglo de elementos de tipo T de tamaño variable. List>T>: lista doblemente enlazada. Dequeu<T>: es parecida a Vector<T>, pero inserta al principio fácilmente Stack<T>: es un adaptador que sirve para construir una pila de cualquiera de las 3 estruc anteriores. Queue<T>: esuna FIFO Priority_Queue: es un tipo de cola en la que los elementos están ordenados de forma que cada vez que extraemos un elemento de ella obtenemos el de mayor prioridad Informática III Ing. EStela D'Agostino