C++. Projektowanie oprogramowania. Zasady i wzorce projektowe - ebook

Większość dobrych książek o C++ koncentruje się na cechach tego języka, niuansach działania czy też szczegółach i specyfice implementacji. Tymczasem o jakości oprogramowania decyduje jego projekt. To właśnie dzięki projektowi można tworzyć oprogramowanie, które będzie łatwe do utrzymania, modyfikowania, rozszerzania i testowania. Problem polega na tym, że projektowanie oprogramowania jest trudnym i wymagającym zadaniem.

Ta książka jest doskonałym uzupełnieniem podręcznej biblioteczki każdego programisty C++. Opisano w niej znaczenie dobrego projektu oprogramowania oraz zasady tworzenia takich projektów. Omówiono szereg przydatnych wzorców projektowych, dzięki którym łatwiej można zrozumieć, jak zarządzać zależnościami i abstrakcjami, zwiększać możliwości modyfikowania i rozszerzania tworzonego kodu oraz stosować nowoczesne wzorce projektowe. Zaprezentowano wzorce wykorzystujące wiele różnych paradygmatów, w tym programowanie: obiektowe, uogólnione oraz funkcyjne. Pokazano też największą zaletę nowoczesnego języka C++: możliwość łączenia różnych paradygmatów oraz tworzenia oprogramowania, które przetrwa dziesięciolecia.

W tej książce między innymi:

• ocena kodu pod kątem projektowania oprogramowania
• sposoby realizacji takich celów projektowych jak np. łatwość modyfikowania i rozszerzania kodu
• zalety i wady różnych koncepcji projektowania
• przydatność wzorców projektowych w rozwiązywaniu problemów
• zasady wyboru form wzorców projektowych

Z tej książki nauczyłem się znacznie więcej, niż mógłbym oczekiwać.

Mark Summerfield, właściciel Qtrac Ltd.

Bez dobrego projektu nie będzie dobrej aplikacji!

Wstęp

1. Sztuka projektowania oprogramowania

• Wytyczna 1.: Znaczenie projektu oprogramowania
  • Cechy to nie projekt oprogramowania
  • Projektowanie oprogramowania: Sztuka zarządzania zależnościami i abstrakcjami
  • Trzy poziomy projektowania oprogramowania
  • Zwracanie uwagi na możliwości
  • Zwracanie uwagi na projekt oprogramowania oraz zasady projektowe
• Wytyczna 2.: Projektuj pod kątem zmian
  • Separacja zagadnień
  • Przykład sztucznych powiązań
  • Powiązania logiczne oraz fizyczne
  • Nie powtarzaj się
  • Unikaj zbyt wczesnego separowania zagadnień
• Wytyczna 3.: Separuj interfejsy w celu unikania sztucznych powiązań
  • Segregacja interfejsów w celu separacji zagadnień
  • Minimalizacja wymagań określanych przez argumenty szablonów
• Wytyczna 4.: Projektuj pod kątem łatwości testowania
  • Jak testować prywatną funkcję składową?
  • Prawdziwe rozwiązanie: Separacja zagadnień
• Wytyczna 5.: Projektuj pod kątem rozszerzania
  • Zasada otwarte-zamknięte
  • Rozszerzalność podczas kompilacji
  • Unikanie przedwczesnego projektowania pod kątem rozszerzania

2. Sztuka tworzenia abstrakcji

• Wytyczna 6.: Trzymaj się oczekiwanych zachowań abstrakcji
  • Przykład naruszania oczekiwań
  • Zasada podstawienia Liskov
  • Krytyka zasady podstawienia Liskov
  • Potrzeba dobrych i sensownych abstrakcji
• Wytyczna 7.: Zrozum podobieństwa pomiędzy klasami bazowymi a konceptami
• Wytyczna 8.: Zrozum semantyczne wymagania zbiorów przeciążeń
  • Potęga funkcji zewnętrznych: mechanizm abstrakcji czasu kompilacji
  • Problem funkcji zewnętrznych: Oczekiwane zachowanie
• Wytyczna 9.: Zwracaj uwagę na własność abstrakcji
  • Zasada odwrócenia zależności
  • Odwrócenie zależności w architekturze opartej na wtyczkach
  • Odwrócenie zależności z wykorzystaniem szablonów
  • Odwrócenie zależności z wykorzystaniem zbioru przeciążeń
  • Zasada odwrócenia zależności kontra zasada jednej odpowiedzialności
• Wytyczna 10.: Rozważ stworzenie dokumentacji architektury

3. Przeznaczenie wzorców projektowych

• Wytyczna 11.: Zrozum przeznaczenie wzorców projektowych
  • Wzorzec projektowy ma nazwę
  • Wzorce projektowe mają swoje przeznaczenie
  • Wzorce projektowe wprowadzają abstrakcję
  • Przydatność wzorca potwierdzono w praktyce
• Wytyczna 12.: Strzeż się błędnych przekonań dotyczących wzorców projektowych
  • Wzorce projektowe nie są celem
  • We wzorcach projektowych nie chodzi o szczegóły implementacyjne
  • Wzorce projektowe nie ograniczają się do języków programowania zorientowanych obiektowo ani do polimorfizmu dynamicznego
• Wytyczna 13.: Wzorce projektowe są wszędzie
• Wytyczna 14.: Używaj nazwy wzorca, by wyrazić jego przeznaczenie

4. Wzorzec projektowy Odwiedzający

• Wytyczna 15.: Projektuj pod kątem dodawania typów i operacji
  • Rozwiązanie proceduralne
  • Rozwiązanie obiektowe
  • Uważaj na decyzję projektową związaną z polimorfizmem dynamicznym
• Wytyczna 16.: Stosowanie wzorca Odwiedzający do rozszerzania operacji
  • Analiza problemów z projektem
  • Prezentacja wzorca projektowego Odwiedzający
  • Analiza wad wzorca projektowego Odwiedzający
• Wytyczna 17.: Rozważ użycie std::variant do implementacji wzorca Odwiedzający
  • Wprowadzenie do std::variant
  • Refaktoryzacja rysowania figur z użyciem nieintruzyjnego rozwiązania opartego na wartościach
  • Pomiary wydajności działania
  • Analiza wad rozwiązania korzystającego z std::variant
• Wytyczna 18.: Uważaj na wydajność acyklicznego odwiedzającego

5. Wzorce projektowe Strategia i Polecenie

• Wytyczna 19.: Stosuj wzorzec Strategia do określania sposobu wykonywania operacji
  • Analiza wad projektu
  • Przedstawienie wzorca projektowego Strategia
  • Analiza mankamentów naiwnej implementacji Strategii
  • Porównanie wzorców Odwiedzający i Strategia
  • Analiza mankamentów wzorca projektowego Strategia
  • Projekt oparty na strategii
• Wytyczna 20.: Przedkładaj kompozycję nad dziedziczenie
• Wytyczna 21.: Stosuj wzorzec Polecenie, by izolować operacje do wykonania
  • Prezentacja wzorca projektowego Polecenie
  • Porównanie wzorców projektowych Polecenie i Strategia
  • Analiza mankamentów wzorca projektowego Polecenie
• Wytyczna 22.: Przedkładaj semantykę wartości nad semantykę referencji
  • Wady stylu z książki Bandy Czworga: semantyka referencji
  • Semantyka referencji: drugi przykład
  • Filozofia nowoczesnego C++: semantyka wartości
  • Semantyka wartości: drugi przykład
  • W implementacjach wzorców projektowych preferuj stosowanie semantyki wartości
• Wytyczna 23.: Preferuj implementację wzorca Strategia korzystającą z wartości
  • Przedstawienie std::function
  • Refaktoryzacja rysowania figur
  • Pomiary wydajności działania
  • Analiza mankamentów rozwiązania korzystającego z std::function

6. Wzorce projektowe: Adapter, Obserwator i CRTP

• Wytyczna 24.: Stosuj adaptery, by standaryzować interfejsy
  • Prezentacja wzorca projektowego Adapter
  • Adaptery obiektowe a adaptery klasowe
  • Przykłady z Biblioteki standardowej
  • Porównanie wzorców Adapter i Strategia
  • Adaptery funkcyjne
  • Analiza mankamentów wzorca projektowego Adapter
• Wytyczna 25.: Stosuj wzorzec Obserwator jako abstrakcyjny mechanizm powiadamiania
  • Prezentacja wzorca projektowego Obserwator
  • Klasyczna implementacja wzorca projektowego Obserwator
  • Implementacja obserwatora oparta na semantyce wartości
  • Analiza mankamentów wzorca projektowego Obserwator
• Wytyczna 26.: Stosuj wzorzec CRTP, by wprowadzać statyczne kategorie typów
  • Przeznaczenie wzorca CRTP
  • Prezentacja wzorca projektowego CRTP
  • Analiza mankamentów wzorca projektowego CRTP
  • Przyszłość wzorca projektowego CRTP: Porównanie wzorca CRTP i konceptów C++20
• Wytyczna 27.: Stosuj wzorzec CRTP do tworzenia statycznych klas domieszek
  • Chęć posiadania silnego typu
  • Stosowanie CRTP jako wzorca implementacyjnego

7. Wzorce projektowe Most, Prototyp oraz Polimorfizm zewnętrzny

• Wytyczna 28.: Tworzenie mostów w celu wyeliminowania fizycznych zależności
  • Przykład motywujący
  • Opis wzorca projektowego Most
  • Idiom Pimpl
  • Porównanie wzorców projektowych Most i Strategia
  • Analiza mankamentów wzorca projektowego Most
• Wytyczna 29.: Bądź świadom zysków i strat wydajności we wzorcu projektowym Most
  • Wpływ użycia wzorca projektowego Most na wydajność działania
  • Poprawianie wydajności przez zastosowanie wzorca projektowego Most
• Wytyczna 30.: Stosuj wzorzec Prototyp, by wyodrębnić operacje kopiowania
  • Przykład zootechniczny: Kopiowanie zwierząt
  • Prezentacja wzorca projektowego Prototyp
  • Porównanie wzorca projektowego Prototyp i szablonu klasy std::variant
  • Analiza mankamentów wzorca projektowego Prototyp
• Wytyczna 31.: Stosuj wzorzec Polimorfizm zewnętrzny, by tworzyć nieintruzyjny polimorfizm czasu wykonywania
  • Prezentacja wzorca projektowego Polimorfizm zewnętrzny
  • Rysowanie figur raz jeszcze
  • Porównanie wzorców projektowych Polimorfizm zewnętrzny i Adapter
  • Analiza mankamentów wzorca projektowego Polimorfizm zewnętrzny

8. Wzorzec projektowy Ukrywanie typu

• Wytyczna 32.: Rozważ zastąpienie hierarchii dziedziczenia wzorcem projektowym Ukrywanie typu
  • Historia ukrywania typu
  • Przedstawienie wzorca projektowego Ukrywanie typu
  • Implementacja wzorca projektowego Ukrywanie typu mająca prawa własności
  • Analiza mankamentów wzorca projektowego Ukrywanie typu
  • Porównanie dwóch rodzajów opakowań stosowanych we wzorcu Ukrywanie typu
  • Segregacja interfejsów w opakowaniach wzorca projektowego Ukrywanie typu
  • Wyniki pomiarów wydajności
  • Kilka słów o terminologii
• Wytyczna 33.: Miej świadomość optymalizacyjnego potencjału wzorca projektowego Ukrywanie typu
  • Optymalizacja małego bufora
  • Ręczna implementacja przydzielania funkcji
• Wytyczna 34.: Pamiętaj o kosztach konfiguracji związanych z rodzajem opakowań używanych we wzorcu Ukrywanie typu
  • Koszty konfiguracji związane z rodzajem opakowań stosowanych we wzorcu Ukrywanie typu
  • Prosta implementacja wzorca projektowego Ukrywanie typu niemająca praw własności
  • Pozbawiona praw własności implementacja Ukrywania typu o większych możliwościach

9. Wzorzec projektowy Dekorator

• Wytyczna 35.: Stosuj dekoratory, aby dodawać dostosowania hierarchicznie
  • Problem projektowy kolegów z firmy
  • Prezentacja wzorca projektowego Dekorator
  • Klasyczna implementacja wzorca projektowego Dekorator
  • Drugi przykład dekoratora
  • Porównanie wzorców projektowych Dekorator, Adapter i Strategia
  • Analiza mankamentów wzorca projektowego Dekorator
• Wytyczna 36.: Zrozum kompromis pomiędzy abstrakcją czasu wykonywania a abstrakcją czasu kompilacji
  • Dekorator czasu kompilacji oparty na wartościach
  • Wartościowy dekorator czasu wykonania

10. Wzorzec projektowy Singleton

• Wytyczna 37.: Traktuj Singleton jako wzorzec implementacyjny, a nie wzorzec projektowy
  • Przedstawienie wzorca Singleton
  • Singleton nie zarządza zależnościami ani ich nie redukuje
• Wytyczna 38.: Projektuj singletony pod kątem zmian i możliwości testowania
  • Singletony reprezentują globalny stan
  • Singletony utrudniają wprowadzanie zmian i możliwości testowania
  • Odwrócenie zależności od singletonu
  • Stosowanie wzorca projektowego Strategia
  • Podążając w kierunku wstrzykiwania zależności

11. Ostatnia wytyczna

• Wytyczna 39.: Kontynuuj poznawanie wzorców projektowych