موضوع مقاله: الگوی طراحی نرم‌افزار | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # الگوی طراحی نرم‌افزار | مقدمه: در مهندسی نرم‌افزار، الگوی طراحی یک راه‌حل عمومی قابل تکرار برای مشکلات متداول در زمینه طراحی نرم‌افزار است. | ## بخش 1: الگوی طراحی نرم‌افزار | الگوی طراحی، یک طراحی تمام‌شده نیست که به صورت مستقیم بتواند تبدیل به کد منبع یا ماشین شود؛ بلکه، یک توضیح یا قالب برای حل یک مسئله در شرایط مختلف است. الگوها در واقع بهترین روش ممکن هستند که یک برنامه‌نویس می‌تواند در هنگام طراحی یک برنامه برای حل مشکلاتش از آن‌ها استفاده کند. الگوهای طراحی شیءگرا نوعاً نشان‌دهندهٔ روابط و تعامل‌ها بین کلاس‌ها و شیء‌ها هستند، بدون این‌که کلاس‌ها یا اشیا نهایی برنامه را مشخص کند. الگوهایی که در خود وضعیت‌های تغییرپذیر دارند، شاید مناسب زبان‌های برنامه‌نویسی تابعی نباشند. همچنین، در بعضی از زبان‌ها که برای حل یک مسئله راه‌حل‌های آمادهٔ از پیش تعریف‌شده وجود دارد، استفاده از بعضی الگوها برای حل مسئلهٔ مشابه می‌تواند لازم نباشد. به همین ترتیب، الگوهای طراحی شیءگرا ممکن است برای زبان‌های غیر شیءگرا مناسب نباشند. آشنایی با مفاهیم در الگوی طراحی از اشیاء ویژه‌ای به نام آداپتور (واسطه) استفاده می‌شود. الگوهای رفتاری طرقی که اشیاء با همدیگر فعل و انفعال انجام داده و وظایف را توزیع می‌کنند مشخص می‌سازند. ۲- معیار دوم، که محدوده نامیده شده، مشخص‌کننده اینکه الگو بر روی کلاس‌ها یا اشیاء اعمال می‌گردد. الگوهای در محدوده کلاس‌ها با ارتباطات بین کلاس‌ها و زیر کلاس‌های آن‌ها سر و کار دارند. این‌گونه ارتباطات از طریق وراثت برقرار می‌گردد، که بنابراین در زمان کامپایل ثابت می‌شوند. الگوهای در محدوده اشیاء با ارتباطات بین اشیاء سرو کار داشته که می‌تواند در زمان اجرا تغییر کرده و در نتیجه پویا هستند. تقریباً تمام الگوها از وراثت استفاده می‌کنند؛ بنابراین الگوهایی که با برچسب «در محدوده کلاس» معین شده‌اند آن‌هایی هستند که تنها بر روی ارتباط بین کلاس‌ها تأکید دارند. الگوهای ایجادی که در محدوده کلاس‌ها هستند قسمتی از ایجاد اشیاء را به زیر کلاس‌ها محول می‌کنند، درحالی‌که الگوهای ایجادی در محدوده اشیاء چنین عملی را به شیء دیگری محول می‌نمایند. الگوهای ساختاری کلاسی از وراثت برای ترکیب کلاس‌ها استفاده کرده در عوض الگوهای ساختاری در محدوده اشیاء روش‌هایی برای آمیختن اشیاء را شرح می‌دهند. الگوهای رفتاری کلاسی از وراثت برای تشریح الگوریتم‌ها و کنترل جریان اجرای برنامه‌ها استفاده می‌کنند در صورتی‌که الگوهای رفتاری شیئی چگونگی همکاری گروهی از اشیاء برای انجام یک وظیفه که یک شیء به تنهایی نمی‌تواند به انجام رساند را شرح می‌دهند. (این کتاب تا تاریخ آوریل ۲۰۰۷، سی و شش بار تجدید چاپ شده‌است) آن‌ها در این کتاب ۲۳ الگوی طراحی کلاسیک را با زبان‌های شی گرا مطرح در آن زمان (++C و Smalltalk) برای اولین بار مورد بحث قرار دادند. کاربرد الگوهای طراحی می‌توانند سرعت فرایند توسعهٔ نرم‌افزار را با فراهم آوردن الگوهای توسعهٔ اثبات‌شده و مورد آزمون قرار گرفته افزایش دهند. | ## بخش 2: الگوی طراحی نرم‌افزار | طراحی نتیجه‌بخش نرم‌افزار نیازمند در نظر گرفتن پیامدهایی است که ممکن است هنوز در پیاده‌سازی قابل رؤیت نباشند، اما بعدها خود را نشان خواهند داد. استفاده از الگوهای طراحی کمک می‌کند تا از بروز خطاهای کوچک که ممکن است مشکلات بزرگی را ایجاد کنند، جلوگیری شود و علاوه بر آن، خوانایی کد را برای برنامه‌نویسان و معمارانی که با الگوها آشنا هستند، افزایش می‌دهد. برای دست‌یافتن به انعطاف‌پذیری در نرم‌افزار، الگوهای طراحی اغلب اعمال را به صورت غیرمستقیم انجام می‌دهند. این کار در شرایطی ممکن است طراحی حاصل را پیچیده کند و باعث افت کارایی برنامه شود. طبق تعریف، برای استفاده از الگوها در هر برنامه‌ای که از آن‌ها استفاده می‌کند، باید از نو برنامه‌نویسی کرد. از آن‌جایی که بعضی از نویسندگان این نکته را مخالف با استفاده مجدد از کد آن‌گونه که توسط مهندسی نرم‌افزار بر پایه مؤلفه فراهم می‌شود، می‌بینند، پژوهش‌گران تلاش کرده‌اند تا الگوها را به پیکرپارها تبدیل کنند. میر و آرنوت توانستند دو سوم الگوهایی را که رویشان کار می‌کردند، به صورت کامل یا جزئی به پیکرپار تبدیل کنند. تکنیک‌های طراحی نرم‌افزار را به سختی می‌توان در گسترهٔ وسیع‌تری از مسائل به کار برد. الگوهای طراحی راه‌حل‌هایی کلی را در قالبی بیان می‌کنند که وابسته به مسئلهٔ مخصوصی نیست. گاهی برنامه‌نویسان هنگام طراحی یا پیاده‌سازی برنامه‌های خود، با کلاس‌هایی روبرو می‌شوند که اصطلاحاً کلاس‌های کلاسیک نیستند. این گونه کلاس‌ها مشکلاتی را ایجاد می‌کنند که با کمک الگوها می‌توان مشکلات را تا حجم قابل قبولی حل کرد. در واقع طراحی چنین کلاس‌هایی، به مرور زمان، گریبان‌گیر هر برنامه‌نویسی شده‌است و برنامه نویسان خبره با توجه به تجربیات شخصی خود و دیگران، تصمیم به ایجاد الگوهایی کرده‌اند که راه حل این گونه مشکلات خواهد بود. در حال حاضر شاید در حدود صدها الگو در این رابطه وجود داشته باشد که تنها تعداد اندکی از آن‌ها استاندارد شده و مورد استفاده طراحان و برنامه‌نویسان قرار می‌گیرد. Builder فرایند ساخت یک شیء را از نمایش آن جدا کرده تا بتوان همان فرایند ساخت را برای ایجاد نمایش‌های مختلف بکار برد. Prototype با استفاده از یک شیء به عنوان نمونه نوع اشیاء جدیدی که بایستی ساخته شوند را مشخص کرده و آن اشیاء را با ساختن کپی‌های جدید از این نمونه ایجاد می‌نماید. این الگو امکان همکاری بین اشیائی که قبلاً بخاطر داشتن رابط‌های ناسازگار نمی‌توانستند با هم کار کنند را فراهم می‌سازد. (Bridge) یک مفهوم مجرد را از پیاده‌سازی اش مجزا کرده تا هردو بتوانند به‌طور مستقل تغییر کنند. این الگو اجازه می‌دهد تا مشتری‌ها اشیاء منفرد و مرکب را به صورت یکسانی پردازش کنند. | ## بخش 3: الگوی طراحی نرم‌افزار | این الگو بدیلی قابل انعطاف برای گسترش عملکرد یک کلاس به وسیلهٔ زیر کلاس ساختن از آن را فراهم می‌کند. در واقع یک facade رابط سطح بالاتری برای یک زیر سیستم تعریف کرده و باعث می‌شود تا زیر سیستم را به صورت ساده‌تری مورد استفاده قرار داد. به این ترتیب که اشیاء دریافت‌کننده یک درخواست را به صورت زنجیره‌ای در نظر گرفته و درخواست را در طول این زنجیره عبور داده تا اینکه یکی از اشیاء آن را پاسخ پوید. (Command) یک درخواست را به صورت یک شیء کپسول‌سازی می‌کند؛ بنابراین این امکان را فراهم می‌کند تا مشتری‌ها را با درخواست‌های متفاوت پارامتردهی کرده، درخواست‌ها را صف بندی یا Log کرده و اعمال قابل برگشت فراهم کنید. (Interpreter) برای یک زبان، نمایشی از گرامرش به همراه مفسری که از آن نمایش برای تفسیر جملات مربوط به آن زبان استفاده می‌کند تعریف می‌نماید. (Iterator) روشی برای دسترسی ترتیبی به عناصر یک شیء مجتمع (مرکب) بدون افشاء کردن نمایش آن فراهم می‌کند. این الگو با پرهیز از ارجاعات مستقیم بین مجموع‌های از اشیاء، اتصال حداقلی بین آن‌ها را ترغیب نموده و اجازه می‌دهد تا تبادلات را به صورت مستقل تغییر دهید. (Memento) بدون شکستن کپسول سازی، حالت درونی یک شیء را تسخیر و ذخیره کرده تا آن شیء بتواند بعداً به آن حالت برگشت یابد. (Observer) یک نوع وابستگی یک- به- چند بین اشیاء تعریف کرده بطوری‌که وقتی یک شیء حالتش را تغییر داد تمام اشیاء وابسته به آن خبردار شده تا آن‌ها خود را با آن تغییر هماهنگ کنند. استراتژی اجازه می‌دهد تا یک الگوریتم را بدون توجه به جایی که مورد استفاده قرار می‌گیرد تغییر داد. این الگو امکان تغییر بعضی از قدم‌های یک الگوریتم را بدون تغییر در ساختار کلی الگوریتم به زیر کلاس‌ها می‌دهد. این الگو اجازه می‌دهد تا عمل جدیدی بدون نیاز به تغییر کلاس‌های عناصری که بر روی آن عمل می‌کند را تعریف کنید. الگوهای طراحی ممکن است تنها حاکی از کمبود برخی قابلیت‌ها و ویژگی‌ها در یک زبان برنامه‌نویسی (مانند جاوا یا سی++) باشد. پیتر نورویگ نشان داد که ۱۶ تا از ۲۳ الگوی طراحی در کتاب الگوهای طراحی (که عمدتاً روی زبان سی‌پلاس‌پلاس متمرکز شده‌است) از طریق پشتیبانی مستقیم در زبان‌های لیسپ یا دیلان ساده‌سازی یا زدوده شده‌است. اظهارات مشابهی نیز توسط هانمان و کیکزالس که شماری از ۲۳ الگوی طراحی را به کمک یک زبان برنامه‌نویسی جنبه‌گرا (AspectJ) پیاده‌سازی کرده بودند، انجام شد. این دو نشان دادند که وابستگی‌های سطح کد در پیاده‌سازی ۱۷ تا از ۲۳ الگوی طراحی از بین رفت و برنامه‌نویسی جنبه‌گرا توانست پیاده‌سازی الگوهای طراحی را ساده‌سازی کند. | ## جمع‌بندی | مهم‌تر آن که، استفادهٔ نامناسب از الگوها می‌تواند باعث افزایش پیچیدگی غیرضروری گردد.