Softwarové návrhové vzory jsou komunikující objekty a třídy, které jsou přizpůsobeny tak, aby řešily obecný návrhový problém v konkrétním kontextu. Návrhové vzory softwaru jsou obecná, opakovaně použitelná řešení běžných problémů, které se objevují během návrhu a vývoje softwaru. Představují osvědčené postupy pro řešení určitých typů problémů a poskytují vývojářům způsob, jak komunikovat o efektivních návrhových řešeních.

Pochopení a aplikace těchto vzorců může výrazně zlepšit vaše dovednosti v oblasti vývoje softwaru. Pro ty, kteří chtějí prohloubit své znalosti a aplikace návrhových vzorů softwaru, naše komplexní kurz návrhu systému nabízí strukturovaný přístup ke zvládnutí těchto základních pojmů. Učením se z příkladů ze skutečného světa a odborných postřehů můžete získat odbornost k efektivní implementaci těchto vzorců do vašich projektů.

Obsah

• Typy návrhových vzorů softwaru
• Kreativní designové vzory
• Konstrukční návrhové vzory
• Behaviorální návrhové vzory
• Návrhové vzory v různých jazycích
• Otázky k rozhovoru o vzorech návrhu softwaru
• Často kladené otázky týkající se návrhových vzorů softwaru

Typy návrhových vzorů softwaru

Existují tři typy návrhových vzorů:

• Kreativní návrhový vzor
• Strukturální návrhový vzor
• Behaviorální návrhový vzor

Kreativní designové vzory

Kreativní návrhový vzor abstrahuje proces vytváření instance. Pomáhají při vytváření nezávislého systému na tom, jak jsou jeho objekty vytvářeny, složeny a reprezentovány.

Typy kreativních návrhových vzorů:

1. Návrhový vzor tovární metody

Vzor Factory Method se používá k vytváření objektů bez určení přesné třídy objektu, který bude vytvořen. Tento vzor je užitečný, když potřebujete oddělit vytvoření objektu od jeho implementace.

2. Abstraktní tovární metoda návrhový vzor

Abstraktní tovární vzor je téměř podobný továrnímu vzoru a je považován za další vrstvu abstrakce nad továrním vzorem. Abstrakt Tovární vzory fungují kolem super-továrny, která vytváří další továrny.

3. Návrhový vzor metody Singleton

Metoda Singleton neboli Singleton Design pattern je jedním z nejjednodušších návrhových vzorů. Zajišťuje, že třída má pouze jednu instanci, a poskytuje k ní globální bod přístupu.

4. Vzor návrhu metody prototypu

Prototyp nám umožňuje skrýt před klientem složitost vytváření nových instancí. Koncept spočívá ve zkopírování existujícího objektu spíše než vytvoření nové instance od začátku, což může zahrnovat nákladné operace. Stávající objekt funguje jako prototyp a obsahuje stav objektu.

5. Návrhový vzor metody Builder

Vzor Builder si klade za cíl oddělit konstrukci složitého objektu od jeho reprezentace tak, aby stejný proces výstavby mohl vytvořit různé reprezentace. Používá se ke konstrukci složitého objektu krok za krokem a poslední krok vrátí objekt.

Konstrukční návrhové vzory

Vzory návrhu struktury se zabývají tím, jak jsou třídy a objekty složeny, aby vytvořily větší struktury. Vzory strukturních tříd využívají ke skládání rozhraní nebo implementací dědičnost.

Typy konstrukčních návrhových vzorů:

1. Návrhový vzor metody adaptéru

Vzor adaptéru převádí rozhraní třídy na jiné rozhraní, které klienti očekávají. Adaptér umožňuje spolupráci tříd, které by jinak nemohly kvůli nekompatibilním rozhraním.

2. Návrhový vzor metody mostu

Přemosťovací vzor umožňuje, aby Abstrakce a Implementace byly vyvíjeny nezávisle a klientský kód může přistupovat pouze k části Abstrakce, aniž by se zajímal o část Implementace.

3. Návrhový vzor kompozitní metody

Složený vzor je rozdělovací návrhový vzor a popisuje skupinu objektů, se kterými se zachází stejným způsobem jako s jednou instancí stejného typu objektu. Záměrem kompozitu je skládat objekty do stromových struktur, které reprezentují hierarchie část-celek.

4. Dekoratér Metoda Design Vzor

Umožňuje nám dynamicky přidávat funkcionalitu a chování objektu bez ovlivnění chování jiných existujících objektů v rámci stejné třídy. K rozšíření chování třídy používáme dědičnost. To se děje v době kompilace a všechny instance této třídy získají rozšířené chování.

5. Návrhový vzor fasádní metody

Vzor návrhu metody fasády poskytuje jednotné rozhraní pro sadu rozhraní v subsystému. Fasáda definuje rozhraní na vysoké úrovni, které usnadňuje používání subsystému.

6. Návrhový vzor metody Flyweight

Tento vzor poskytuje způsoby, jak snížit počet objektů a tím zlepšit strukturu objektů požadovaných aplikací. Vzor Flyweight se používá, když potřebujeme vytvořit velké množství podobných objektů.

7. Návrhový vzor metody proxy

Proxy znamená „místo“, zastupující“ nebo „místo“ nebo „v zastoupení“ jsou doslovné významy proxy a to přímo vysvětluje vzor návrhu proxy. Zástupci se také nazývají náhražky, kliky a obaly. S Adaptéry a Dekorátory úzce souvisí strukturou, nikoli však účelem.

Behaviorální návrhové vzory

Vzory chování se zabývají algoritmy a přidělováním odpovědností mezi objekty. Vzorce chování popisují nejen vzorce objektů nebo tříd, ale také vzorce komunikace mezi nimi. Tyto vzorce charakterizují komplexní řídicí tok, který je obtížné sledovat za běhu.

Typy vzorů chování:

1. Řetězec Odpovědnosti Metoda Návrhový Vzor

Vzor řetězce odpovědnosti se používá k dosažení volné vazby v návrhu softwaru, kde je požadavek od klienta předán řetězci objektů, aby je zpracoval. Později se objekt v řetězci sám rozhodne, kdo bude požadavek zpracovávat a zda je nutné požadavek odeslat dalšímu objektu v řetězci či nikoli.

2. Návrhový vzor příkazové metody

Příkazový vzor je návrhový vzor chování, který mění požadavek na samostatný objekt obsahující všechny informace o požadavku. Tento objekt lze předat, uložit a spustit později

3. Návrhový vzor metody tlumočníka

Vzor tlumočníka se používá k definování gramatické reprezentace jazyka a poskytuje tlumočníka, který si s touto gramatikou poradí.

4. Návrhový vzor metody prostředníka

Umožňuje oddělení objektů zavedením vrstvy mezi ně, takže interakce mezi objekty probíhá prostřednictvím vrstvy.

5. Návrhové vzory metody Memento

Používá se k obnovení stavu objektu do předchozího stavu. Jak vaše aplikace postupuje, možná budete chtít uložit kontrolní body ve vaší aplikaci a později se k těmto kontrolním bodům vrátit. Záměrem vzoru Memento Design je bez porušení zapouzdření, zachycení a externalizace vnitřního stavu objektu, aby bylo možné objekt do tohoto stavu později obnovit.

6. Návrhový vzor metody pozorovatele

Definuje závislost jednoho k mnoha mezi objekty, takže když jeden objekt (subjekt) změní svůj stav, všechny jeho závislé osoby (pozorovatelé) jsou automaticky upozorněny a aktualizovány.

7. Návrhový vzor státní metody

Vzor návrhu stavu se používá, když objekt mění své chování na základě svého vnitřního stavu. Pokud musíme změnit chování objektu na základě jeho stavu, můžeme mít v objektu stavovou proměnnou a použít blok podmínky if-else k provádění různých akcí na základě stavu.

8. Strategie Metoda Návrh Vzor

Vzor návrhu strategie umožňuje vybrat chování objektu za běhu. Je to jeden z návrhových vzorů Gang of Four (GoF), které jsou široce používány v objektově orientovaném programování. Vzor strategie je založen na myšlence zapouzdření rodiny algoritmů do samostatných tříd, které implementují společné rozhraní.

9. Návrhový vzor metody šablony

Vzorem návrhu metody šablony je definovat algoritmus jako kostru operací a ponechat detaily, které mají být implementovány podřízenými třídami. Celková struktura a sekvence algoritmu jsou zachovány nadřazenou třídou.

10. Vzor návrhu metody návštěvníka

Používá se, když musíme provést operaci na skupině podobného druhu objektů. Pomocí návštěvnického vzoru můžeme přesunout provozní logiku z objektů do jiné třídy.

Návrhové vzory v různých jazycích

Otázky k rozhovoru o vzorech návrhu softwaru

• Navrhněte parkoviště pomocí objektově orientovaných principů
• Navrhněte datové struktury a algoritmy pro systém souborů v paměti
• Jak zabránit Singleton Pattern od odrazu, serializace a klonování?

Často kladené otázky týkající se návrhových vzorů softwaru

1. Co jsou vzory návrhu softwaru?

• Návrhové vzory softwaru jsou opakovaně použitelná řešení běžných problémů, které se objevují během vývoje softwaru. Jsou to šablony pro řešení opakujících se problémů s návrhem a poskytují způsob, jak vytvořit flexibilní, škálovatelné a udržovatelné softwarové systémy.

2. Proč jsou návrhové vzory důležité při vývoji softwaru?

• Návrhové vzory podporují osvědčené postupy, zlepšují čitelnost kódu a usnadňují opětovné použití kódu. Pomáhají při vytváření softwaru, který je modulární, rozšiřitelný a snáze se udržuje, což snižuje čas a úsilí na vývoj.

3. Jak se liší návrhové vzory od algoritmů?

• Návrhové vzory se zaměřují na řešení opakujících se návrhových problémů na architektonické nebo strukturální úrovni a kladou důraz na organizaci kódu. Algoritmy jsou naproti tomu postupnými postupy pro řešení konkrétních problémů na výpočetní úrovni.

4. Jaké jsou běžné typy návrhových vzorů?

• Návrhové vzory jsou rozděleny do tří hlavních typů: kreativní, strukturální a behaviorální. Kreativní vzorce se zabývají tvorbou objektů, strukturní vzorce se skladbou objektů a vzorce chování se spoluprací a odpovědností na objektech.

5. Můžete uvést příklady kreativních návrhových vzorů?

• Příklady zahrnují Singleton (zajištění, aby třída měla pouze jednu instanci), Factory Method (vytváření objektů bez určení přesné třídy) a Abstract Factory (poskytující rozhraní pro vytváření rodin souvisejících nebo závislých objektů).

6. Jak návrhové vzory zvyšují flexibilitu kódu?

• Návrhové vzory podporují volné spojení mezi součástmi, což usnadňuje výměnu nebo rozšíření částí systému, aniž by to ovlivnilo ostatní. Tato flexibilita je zásadní pro přizpůsobení se měnícím se požadavkům.

7. Kdy bych měl použít návrhové vzory?

• Návrhové vzory by se měly používat, když narazíte na opakující se problémy při návrhu softwaru. Jsou zvláště výhodné ve složitých systémech, kde je vyžadován systematický a osvědčený přístup k návrhu.

8. Jsou návrhové vzory specifické pro jazyk?

• Ne, návrhové vzory nejsou vázány na konkrétní programovací jazyk. Jsou to koncepční řešení, která lze implementovat v různých jazycích. Syntaxe a podrobnosti implementace se však mohou lišit.

9. Jak se mohu naučit a zvládnout návrhové vzory?

• Začněte pochopením základních principů návrhových vzorů. Procvičte si jejich implementaci ve svých projektech a prostudujte si příklady z reálného světa. Knihy, online výukové programy a praktické aplikace v projektech přispívají ke zvládnutí návrhových vzorů.

10. Jsou návrhové vzory použitelné ve všech softwarových projektech?

• Zatímco návrhové vzory nabízejí cenná řešení běžných návrhových problémů, jejich použitelnost závisí na kontextu a složitosti projektu. V jednodušších projektech mohou být některé vzory zbytečné, zatímco ve větších projektech mohou být nápomocné při udržování škálovatelné a organizované kódové základny.

11. Jaký je rozdíl mezi návrhovým vzorem a anti-vzorem?

• Návrhové vzory jsou osvědčenými řešeními běžných problémů a podporují osvědčené postupy. Naproti tomu anti-vzory jsou běžná úskalí nebo špatné postupy, které mohou vést ke špatnému návrhu softwaru a je třeba se jim vyhnout.

12. Lze nadužívat designové vzory?

• Ano, nadměrné používání návrhových vzorů bez zohlednění kontextu a složitosti projektu může vést ke zbytečně složitému kódu. Je důležité uvážlivě uplatňovat návrhové vzory, kde přidávají hodnotu a zlepšují strukturu kódu.

13. Mohu si vytvořit vlastní návrhové vzory?

• Ano, můžete vytvořit vlastní návrhové vzory na základě specifických potřeb vašeho projektu. Je však důležité zajistit, aby vzor řešil opakující se problém a dodržoval zásady dobrého návrhu.

14. Jak souvisí návrhové vzory s vůní kódu?

• Návrhové vzory pomáhají eliminovat pachy kódu (indikace špatného návrhu) tím, že poskytují osvědčená řešení běžných problémů. Rozpoznání a řešení pachů kódu je zásadní pro vytváření udržovatelného a efektivního softwaru.

15. Existují návrhové vzory pro návrh databáze?

• Zatímco tradiční návrhové vzory nelze přímo aplikovat na návrh databáze, principy jako normalizace a denormalizace lze považovat za návrhové vzory pro vytváření účinných a škálovatelných databázových struktur.

16. Lze návrhové vzory použít v architektuře mikroslužeb?

• Ano, návrhové vzory lze použít v architektuře mikroslužeb k řešení běžných problémů, jako je zjišťování služeb, komunikace mezi službami a odolnost proti chybám. Vzory jako Service Registry a Circuit Breaker jsou relevantní.

17. Jak návrhové vzory ovlivňují výkon systému?

• Správně aplikované návrhové vzory mohou zvýšit výkon systému podporou efektivní organizace kódu a snížením redundance. Špatně zvolené nebo nadměrně používané vzory však mohou představovat zbytečnou složitost a potenciálně ovlivnit výkon.

18. Potřebují se mladší vývojáři učit návrhové vzory?

• I když to není povinné, učení návrhových vzorů může významně prospět mladším vývojářům tím, že jim poskytne osvědčená řešení běžných problémů. Může urychlit proces učení a přispět k psaní lépe udržovatelného kódu.

19. Jak návrhové vzory přispívají k dokumentaci kódu?

• Návrhové vzory neodmyslitelně dokumentují řešení běžných konstrukčních problémů. Když se vývojáři seznámí s návrhovými vzory, kód se stane samodokumentačním, což ostatním usnadňuje pochopení a přispívání k projektu.

20. Lze návrhové vzory aplikovat zpětně na existující kódové báze?

• Ano, návrhové vzory lze aplikovat zpětně, ale proces může zahrnovat refaktorizaci stávajícího kódu. Je důležité posoudit dopad zavedení vzoru a zajistit, aby byl v souladu s celkovou architekturou.

21. Existují návrhové vzory pro vývoj webu?

• Ano, mnoho návrhových vzorů lze použít při vývoji webu. Vzory jako MVC, Observer a Singleton se běžně používají k organizaci a strukturování kódu při vývoji frontendu i backendu.

22. Jak se designové vzory liší od architektonických vzorů?

• Návrhové vzory řeší specifické problémy návrhu na nižší úrovni a zaměřují se na vytváření objektů, kompozici a interakci. Na druhé straně architektonické vzory se zabývají vyššími strukturami celé aplikace nebo systému.

23. Lze návrhové vzory použít ve funkcionálním programování?

• Ano, návrhové vzory lze přizpůsobit pro funkční programovací paradigmata. Funkční návrhové vzory se zaměřují na skládání funkcí, které řeší problémy a podporují neměnnost a stav bez stavu.

24. Jakou roli hrají návrhové vzory v udržovatelnosti kódu během týmové spolupráce?

• Návrhové vzory přispívají k udržovatelnosti kódu tím, že poskytují společný slovník a strukturu. Když je tým obeznámen s návrhovými vzory, spolupráce se stává efektivnější a členové týmu mohou snadněji porozumět a uvažovat o kódové základně.

25. Existují návrhové vzory speciálně pro systémy pracující v reálném čase?

• Ano, systémy v reálném čase často využívají návrhové vzory šité na míru jejich jedinečným výzvám. Vzory, jako je vzor Observer, lze použít ke zpracování oznámení a synchronizace událostí v reálném čase.