デザインパターンに関して ジャバ
今更ながら、GoFに関して学習している。
GoFとは、「The Gang Of Four」で4人の奴らという意味である。
4人とは、エリック・ガンマ、リチャードヘルム、ラルフ・ジョンソン、
ジョン・ブリディースらのことを指している。
これは様々なプログラムで再利用できる汎用的な設計パターンのことです。
GoFデザインパターンは全部で23種類ある。
学習することで強力なツールになるとのことです。
メリット① 「オブジェクト指向設計」がしっかりと身に付く
メリット② 再利用性が向上する
メリット③ 結合性が下がり、保守改善がしやすくなる
メリット④ クラス設計を意識的に捉える習慣が付く
メリット⑤ センスの良いテクニックを覚えれる
メリット⑥ プログラマ同士の共通の語彙として使える
覚え方は以下のように覚えると良いらしい
| 生成 | 構造 | 振る舞い | |
|---|---|---|---|
| クラス | FactoryMethod | Adapter (Class) | Interpreter TemplateMethod |
| オブジェクト | AbstractFactory Builder Prototype Singleton |
Adapter(Object) Bridge Composite Decorator Decorator Flyweight Proxy |
Chainof Responsibility Command Iterator Mediator</br>Memento Observer State Strategy</br>Visitor |
「Command」
- Command入力の変更に対応
「Factory Method」
- メソッドの追加に対応(プログラミングの流れは全てのクラスで共通していて、メソッドに違いがある場合)
「Simple Factory(Bulder)」
- 動的ローディングに対応
「Template Method」
- 抽象基底クラス(クラス生成の抽象化に対応)(プログラミングの流れは同じで、メソッドが異なる場合)
デザインパターンを採用していないソースコードの例
クラス名:SortableData
/* chap2/SortableData.java */
/* 非デザインパターン */
package chap2;
/*ソート対象となるデータのクラス*/
public class SortableData {
public String name; /* 表示名 */
public int value; /*ソートされるべき値*/
public SortableData(String n, int v){
name = n; value = v;
}
/*表示用のインターフェースだけ作っておく*/
public String toString() {
return name + " " + value;
}
}
クラス名:Sorter
/* chap2/Sorter.java */
/* 非デザインパターン */
package chap2;
/* ソートを実行するクラス */
public class Sorter {
private SortableData [] target;
private int num;
public Sorter(SortableData [] in ){
target = in;
num = target.length;
}
public SortableData [] sort(){
/*バブルソート*/
for(int i = 0; i < num -1; i++){
for(int j = i + 1; j < num; j ++){
if(target[i].value > target[j].value){
SortableData tmp = target[i];
target[i] = target[j];
target[j] = tmp;
}
}
}
return target;
}
}
クラス名:SortTester
/* chap2/SortTester.java */
/* 非デザインパターン */
/* 実行クラス */
package chap2;
public class SortTester {
private SortableData [] data = {
new SortableData( "test0", 100 ),
new SortableData( "test1", 73 ),
new SortableData( "test2", 34 ),
new SortableData( "test3", 11 ),
new SortableData( "test4", 98 ),
new SortableData( "test5", 54 ),
new SortableData( "test6", 3 )
};
public static void main(String[] args){
new SortTester();
}
public SortTester() {
Sorter sorter = new Sorter( data );
SortableData [] result = sorter.sort();
for(int i = 0; i < result.length; i++){
System.out.println( result[i] );
}
}
}
「Command」パターンによるソースコードの改良の例
クラス名:SortableData
/* chap2/SortableData.java */
/* デザインパターン */
/* Commandパターンによる改良 */
package chap2;
/*ソート可能なデータクラス用のインターフェース*/
public interface SortableData {
public int getSortKey();
}
クラス名:Sorter
/* chap2/Sorter.java */
/* デザインパターン */
/* Commandパターンによる改良 */
package chap2;
public class Sorter {
private SortableData[] target;
private int num;
public Sorter(SortableData [] in){
target = in;
num = target.length;
}
public SortableData[] sort( ){
/*バブルソート*/
for(int i = 0; i < num -1; i++){
for(int j = i + 1; j < num; j ++){
if( target[i].getSortKey() > (target[j]).getSortKey() ){
SortableData tmp = target[i];
target[i] = target[j];
target[j] = tmp;
}
}
}
return target;
}
}
クラス名:MyData
/* chap2/MyData.java */
/* デザインパターン */
/* Commandパターンによる改良 */
package chap2;
/* ソート可能な具象データクラス */
public class MyData implements SortableData {
private String name; /* 表示名 */
private int value; /* ソートされるべき値 */
/* コンストラクタ */
public MyData(String n,int v) {
name = n; value = v;
}
/* ゲッタ */
public String getName() { return name; }
public int getValue() { return value; }
/* SortableData インターフェースが要求する */
public int getSortKey() {return value;}
/* 表示用のインターフェースだけ作っておく */
public String toString() {
return name + " " + value;
}
}
クラス名:MyNewData
/* chap2/MyNewData.java */
/* デザインパターン */
/* Commandパターンによる改良 */
package chap2;
/* ソート可能な具象データクラス */
public class MyNewData extends MyData {
/*すでに SortableDta は implements 済み*/
private int newValue;/*新規追加メンバ。これが新しくソートされるべき値になる。*/
/* コンストラクタ */
public MyNewData(String n,int v1, int v2) {
super(n, v1);
newValue = v2;
}
/* ゲッタ */
public int getNewValue() { return newValue; }
/* SortableData インターフェースが要求する.
* 規定クラスのものを上書きする.
*/
public int getSortKey() {return newValue;}
/* 表示用のインターフェースだけ作っておく .
*これも基底クラスのものを上書き.
*/
public String toString() {
String ret = super.toString(); /*親クラスの同名メソッドを呼び出す*/
return ret + " " + newValue; /*それに追加*/
}
}
クラス名:Value1Select
/* chap2/Value1Select.java */
/* デザインパターン */
/* Commandパターンによる改良 */
package chap2;
/* ソートキーとして、MyNewData.valueを使う Command オブジェクト */
public class Value1Select implements SortableData{
private MyNewData data; /*データを保持*/
public Value1Select (MyNewData mnd){
data = mnd;
}
/*Interface で定められてた getSortKey() で value を選ぶ*/
public int getSortKey(){
return data.getValue();
}
/* 出力は MyNewDataに任せる */
public String toString(){
return data.toString();
}
}
クラス名:Value2Select
/* chap2/Value2Select.java */
/* デザインパターン */
/* Commandパターンによる改良 */
package chap2;
/* ソートキーとして、MyNewData.newValueを使う Command オブジェクト */
public class Value2Select implements SortableData{
private MyNewData data; /*データを保持*/
public Value2Select (MyNewData mnd){
data = mnd;
}
/*Interface で定められてた getSortKey() で newValue を選ぶ*/
public int getSortKey(){
return data.getNewValue();
}
/* 出力は MyNewDataに任せる */
public String toString(){
return data.toString();
}
}
クラス名:SortTester1
/* chap2/SortTester1.java */
/* デザインパターン */
/* Commandパターンによる改良 */
/* 実行クラス */
package chap2;
public class SortTester1 {
private SortableData [] data = {
new MyData( "test0", 100 ),
new MyData( "test1", 73 ),
new MyData( "test2", 34 ),
new MyData( "test3", 11 ),
new MyData( "test4", 98 ),
new MyData( "test5", 54 ),
new MyData( "test6", 3 )
};
public static void main(String[] args){
new SortTester1();
}
public SortTester1() {
Sorter sorter = new Sorter( data );
SortableData [] result = sorter.sort();
for(int i = 0; i < result.length; i++){
System.out.println( result[i] );
}
}
}
クラス名:SortTester2
/* chap2/SortTester2.java */
/* デザインパターン */
/* Commandパターンによる改良 */
/* 実行クラス */
package chap2;
public class SortTester2 {
private SortableData [] data = {
new MyNewData( "test0", 100, 43 ),
new MyNewData( "test1", 73, 11 ),
new MyNewData( "test2", 34, 39 ),
new MyNewData( "test3", 11, 75 ),
new MyNewData( "test4", 98, 3 ),
new MyNewData( "test5", 54, 81 ),
new MyNewData( "test6", 3, 56 )
};
public static void main(String[] args){
new SortTester2();
}
public SortTester2() {
Sorter sorter = new Sorter( data );
SortableData [] result = sorter.sort();
for(int i = 0; i < result.length; i++){
System.out.println( result[i] );
}
}
}
クラス名:SortTester3
/* chap2/SortTester3.java */
/* デザインパターン */
/* Commandパターンによる改良 */
/* 実行クラス */
/* ValueSelectを使用した入力値の選択 */
package chap2;
public class SortTester3 {
private SortableData [] data = {
new Value1Select( new MyNewData( "test0", 100, 43 ) ),
new Value1Select( new MyNewData( "test1", 73, 11 ) ),
new Value1Select( new MyNewData( "test2", 34, 39 ) ),
new Value1Select( new MyNewData( "test3", 11, 75 ) ),
new Value1Select( new MyNewData( "test4", 98, 3 ) ),
new Value1Select( new MyNewData( "test5", 54, 81 ) ),
new Value1Select( new MyNewData( "test6", 3, 56 ) )
};
public static void main(String[] args){
new SortTester3();
}
public SortTester3() {
Sorter sorter = new Sorter( data );
SortableData [] result = sorter.sort();
for(int i = 0; i < result.length; i++){
System.out.println( result[i] );
}
}
}
デザインパターンを採用していないソースコードの例
クラス名:SortableData
/* chap2/SortableData.java */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* 非デザインパターン */
package chap2;
/*ソート可能なデータクラス用のインターフェース*/
public interface SortableData {
public int getSortKey();
}
クラス名:Sorter
/* chap2/Sorter.java */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* 非デザインパターン */
package chap2;
public class Sorter {
static final int INCREASING = 0; /*昇順*/
static final int DECREASING = 1; /*降順*/
private SortableData [] target;
private int num;
public Sorter(SortableData [] in ){
target = in;
num = target.length;
}
public SortableData [] sort ( int order ){
for(int i = 0; i < num - 1 ; i++){
for(int j = i + 1; j < num; j++){
if ( order == INCREASING ){/* 昇順 */
if(target[i].getSortKey() > target[j].getSortKey()) {
swap (i, j);
}
} else if( order == DECREASING ){/* 降順 */
if(target[i].getSortKey() < target[j].getSortKey()){
swap(i, j);
}
}
}
}
return target;
}
/* 処理が共通するので下請け関数化 */
private void swap( int i, int j){
SortableData tmp = target[i];
target[i] = target[j];
target[j] = tmp;
}
}
クラス名:MyData
/* chap2/MyData.java */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* 非デザインパターン */
package chap2;
/* ソート可能な具象データクラス */
public class MyData implements SortableData {
private String name; /* 表示名 */
private int value; /* ソートされるべき値 */
/* コンストラクタ */
public MyData(String n,int v) {
name = n; value = v;
}
/* ゲッタ */
public String getName() { return name; }
public int getValue() { return value; }
/* SortableData インターフェースが要求する */
public int getSortKey() {return value;}
/* 表示用のインターフェースだけ作っておく */
public String toString() {
return name + " " + value;
}
}
クラス名:SortTester
/* chap2/SortTester.java */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* 非デザインパターン */
package chap2;
public class SortTester {
private SortableData [] data = {
new MyData( "test0", 100 ),
new MyData( "test1", 73 ),
new MyData( "test2", 34 ),
new MyData( "test3", 11 ),
new MyData( "test4", 98 ),
new MyData( "test5", 54 ),
new MyData( "test6", 3 )
};
public static void main(String[] args){
new SortTester();
}
public SortTester() {
Sorter sorter = new Sorter( data );
SortableData [] result = sorter.sort( Sorter.DECREASING );/* 昇順・降順 変更*/
for(int i = 0; i < result.length; i++){
System.out.println( result[i] );
}
}
}
「Factory Method」パターンによるソースコードの改良の例
クラス名:SortableData
/* chap2/SortableData.java */
/* デザインパターン */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* Factory Methodによる改良 */
package chap2;
/*ソート可能なデータクラス用のインターフェース*/
public interface SortableData {
public int getSortKey();
}
クラス名:Sorter
/* chap2/Sorter.java */
/* デザインパターン */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* Factory Methodによる改良 */
package chap2;
public interface Sorter {
public SortableData [] sort();
}
クラス名:MyData
/* chap2/MyData.java */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* デザインパターン */
/* Factory Methodによる改良 */
package chap2;
/* ソート可能な具象データクラス */
public class MyData implements SortableData {
private String name; /* 表示名 */
private int value; /* ソートされるべき値 */
/* コンストラクタ */
public MyData(String n,int v) {
name = n; value = v;
}
/* ゲッタ */
public String getName() { return name; }
public int getValue() { return value; }
/* SortableData インターフェースが要求する */
public int getSortKey() {return value;}
/* 表示用のインターフェースだけ作っておく */
public String toString() {
return name + " " + value;
}
}
クラス名:DecreasingSorter
/* chap2/DecreasingSorter.java */
/* デザインパターン */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* Factory Methodによる改良 */
package chap2;
public class DecreasingSorter implements Sorter {
private SortableData [] target;
private int num;
public DecreasingSorter( SortableData [] in ){
target = in;
num = target.length;
}
public SortableData [] sort( ){
for(int i = 0; i < num - 1; i++){
for(int j = i +1; j < num; j++){
/*ここの判別のみがIncreasingSorterとの違い*/
if( target[i].getSortKey() < target[j].getSortKey() ){
SortableData tmp = target[i];
target[i] = target[j];
target[j] = tmp;
}
}
}
return target;
}
}
クラス名:IncreasingSorter
/* chap2/IncreasingSorter.java */
/* デザインパターン */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* Factory Methodによる改良 */
package chap2;
public class IncreasingSorter implements Sorter {
private SortableData [] target;
private int num;
public IncreasingSorter( SortableData [] in ){
target = in;
num = target.length;
}
public SortableData [] sort( ){
for(int i = 0; i < num - 1; i++){
for(int j = i +1; j < num; j++){
/*ここの判別のみがDecreasingSorterとの違い*/
if( target[i].getSortKey() > target[j].getSortKey() ){
SortableData tmp = target[i];
target[i] = target[j];
target[j] = tmp;
}
}
}
return target;
}
}
クラス名:SortTester
/* chap2/SortTester.java */
/* デザインパターン */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* Factory Methodによる改良 */
/* 昇順用基底実行テスター */
package chap2;
public class SortTester {
private SortableData [] data = {
new MyData( "test0", 100 ),
new MyData( "test1", 73 ),
new MyData( "test2", 34 ),
new MyData( "test3", 11 ),
new MyData( "test4", 98 ),
new MyData( "test5", 54 ),
new MyData( "test6", 3 )
};
public static void main(String[] args){
new SortTester();
}
public SortTester() {
Sorter sorter = getSorter( data );
SortableData [] result = sorter.sort();/* 昇順・降順 変更*/
for(int i = 0; i < result.length; i++){
System.out.println( result[i] );
}
}
/* 昇順 */
public Sorter getSorter( SortableData [] data){
return new IncreasingSorter( data );
}
}
クラス名:SortTester2
/* chap2/SortTester2.java */
/* デザインパターン */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* Factory Methodによる改良 */
/* 降順用拡張実行テスター */
package chap2;
public class SortTester2 extends SortTester{
public static void main(String[] args){
new SortTester2();
}
/* 降順 */
public Sorter getSorter( SortableData [] data){
return new DecreasingSorter( data );
}
}
上記のように「Factory Method」パターンを採用すれば、新たにメソッドを追加したい時に
今回の場合でいうと例えば、後からクイックソートのメソッドを追加したくなった時
以下のようにクラスを追加して
クラス名:QuickSorter
/* chap2/IncreasingSorter.java */
/* デザインパターン */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* Factory Methodによる改良 */
package chap2;
public class QuickSorter implements Sorter {
private SortableData [] target;
private int num;
public QuickSorter( SortableData [] in ){
target = in;
num = target.length;
}
/*QuickSort(機能がバブルソートなので要改変)*/
public SortableData [] sort( ){
for(int i = 0; i < num - 1; i++){
for(int j = i +1; j < num; j++){
/*ここの判別のみがDecreasingSorterとの違い*/
if( target[i].getSortKey() > target[j].getSortKey() ){
SortableData tmp = target[i];
target[i] = target[j];
target[j] = tmp;
}
}
}
return target;
}
}
クラス名:QuickSortTester
/* chap2/QuickSortTester.java */
/* デザインパターン */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* Factory Methodによる改良 */
/* QuickSorter用テスター */
package chap2;
public class QuickSortTester extends SortTester{
public static void main(String[] args){
new QuickSortTester();
}
/* QuickSortを呼び出せばよい */
public Sorter getSorter( SortableData [] data){
return new QuickSorter( data );
}
}
QuickSortTesterを実行すれば、簡単に機能の拡張が可能であることが分かる.
「Simple Factory(Builder)」パターンによるソースコードの改良の例
クラス名:SortableData
/* chap2/SortableData.java */
/* デザインパターン */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* Simple Factory(Builder)による改良 */
/* 動的ローディング */
package chap2;
/*ソート可能なデータクラス用のインターフェース*/
public interface SortableData {
public int getSortKey();
}
クラス名:Sorter
/* chap2/Sorter.java */
/* デザインパターン */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* Simple Factory(Builder)による改良 */
/* 動的ローディングに対応した修正 */
package chap2;
public interface Sorter {
public SortableData [] sort();
public void setData(SortableData [] data);
}
クラス名:MyData
/* chap2/MyData.java */
/* デザインパターン */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* Simple Factory(Builder)による改良 */
/* 動的ローディング */
package chap2;
/* ソート可能な具象データクラス */
public class MyData implements SortableData {
private String name; /* 表示名 */
private int value; /* ソートされるべき値 */
/* コンストラクタ */
public MyData(String n,int v) {
name = n; value = v;
}
/* ゲッタ */
public String getName() { return name; }
public int getValue() { return value; }
/* SortableData インターフェースが要求する */
public int getSortKey() {return value;}
/* 表示用のインターフェースだけ作っておく */
public String toString() {
return name + " " + value;
}
}
クラス名:DecreasingSorter
/* chap2.E/DecreasingSorter.java */
/* デザインパターン */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* Simple Factory(Builder)による改良 */
/* 動的ローディング */
package chap2;
public class DecreasingSorter implements Sorter {
private SortableData [] target;
private int num;
/* デフォルトコンストラクタ 動的ローディングのために必要*/
public DecreasingSorter(){/* 何もしない */}
public DecreasingSorter( SortableData [] in ){
/* 公開メソッドに任す */
setData( in );
}
/* 生成後データを渡す */
public void setData(SortableData [] in){
target = in;
num = target.length;
}
public SortableData [] sort( ){
for(int i = 0; i < num - 1; i++){
for(int j = i +1; j < num; j++){
/*ここの判別のみがIncreasingSorterとの違い*/
if( target[i].getSortKey() < target[j].getSortKey() ){
SortableData tmp = target[i];
target[i] = target[j];
target[j] = tmp;
}
}
}
return target;
}
}
クラス名:IncreasingSorter
/* chap2/IncreasingSorter.java */
/* デザインパターン */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* Simple Factory(Builder)による改良 */
/* 動的ローディング */
package chap2;
public class IncreasingSorter implements Sorter {
private SortableData [] target;
private int num;
/* デフォルトコンストラクタ 動的ローディングのために必要*/
public IncreasingSorter(){/* 何もしない */}
public IncreasingSorter( SortableData [] in ){
/* 公開メソッドに任す */
setData( in );
}
/* 生成後データを渡す */
public void setData(SortableData [] in){
target = in;
num = target.length;
}
public SortableData [] sort( ){
for(int i = 0; i < num - 1; i++){
for(int j = i +1; j < num; j++){
/*ここの判別のみがDecreasingSorterとの違い*/
if( target[i].getSortKey() > target[j].getSortKey() ){
SortableData tmp = target[i];
target[i] = target[j];
target[j] = tmp;
}
}
}
return target;
}
}
クラス名:SortTester
/* chap2/SortTester.java */
/* デザインパターン */
/* 昇順・降順を選択可能にする */
/* Simple Factory(Builder)による改良 */
/* 昇順用基底テスター */
/* 動的ローディング */
package chap2;
public class SortTester {
private SortableData [] data = {
new MyData( "test0", 100 ),
new MyData( "test1", 73 ),
new MyData( "test2", 34 ),
new MyData( "test3", 11 ),
new MyData( "test4", 98 ),
new MyData( "test5", 54 ),
new MyData( "test6", 3 )
};
public static void main(String[] args) throws Exception{
/* 引数がない場合にはデフォルトで昇順 */
String sorterName = "chap2.E.IncreasingSorter";//これを引数にして実行
if (args.length > 0){
sorterName = args[0];
}
/*実際に使うクラス名を渡す*/
new SortTester( sorterName );
}
public SortTester(String sorterName) throws Exception {
Sorter sorter = getSorter( sorterName ,data );
SortableData [] result = sorter.sort();/* 昇順・降順 変更*/
for(int i = 0; i < result.length; i++){
System.out.println( result[i] );
}
}
/* 昇順 */
public Sorter getSorter(String sorterName ,SortableData [] data)throws ClassNotFoundException,InstantiationException, IllegalAccessException{
/*これが動的ローディング
*sorterNameは生成したいクラスの名前(String)
*取得されるのは目的とする「クラス」自体を抽象化した「Class クラス」*/
Class<?> cls = Class.forName( sorterName );
/* Class クラスを使って、そのインスタンスを生成する */
Sorter sorter = (Sorter)cls.newInstance();
/* データを渡すため、新メソッドの追加が必要 */
sorter.setData( data );
return sorter;
}
}
動的ローディングで引数でクラスを指定して実行することが可能である。
引数になにも指定せずに、実行した場合には昇順に実行されるというように作成した。
「Simple Factory(Builder)」パターンで実装している。