Composite “ Spojuj a panuj ”

Zakladní vlastnosti Výslovnost  kompozit, ne kompozajt Účel  Popisuje, jak postavit strukturované hierarchie tříd, v níž s jednotlivými komponentami lze pracovat úplné stejně jako skupinami komponentů  Hierarchie je složená ze dvou druhů objektů Atomických (primitivních) Kontejnerů (rekurzivně složených z primitivních a dalších složených objektů)  Typické operace na komponentách zahranují: Přidavání Odstraňování Vyhledávání Zpracování

Motivace – grafický editor Motivace  Grafický editor Vytváření složitých schémat z primitivních komponentů Použití těchto schémat na vytvoření ještě složitějších schémat  Naivní implementace – bez Composite Definuje třídy pro grafická primitiva (Line, Text, Rect) a třídu jako kontejner Kód používající tyto třídy musí rozlišovat primitivy a kontejnery  Lepší implementace - Composite pattern (Jak? – Hledáme další slajd) Klient nemusí rozlišovat

Struktura:  Abstraktní třída Graphic (Component) Reprezentuje primitivní třídy i kontejner Deklaruje metodu Draw() Deklaruje metody pro správu potomků (případně poskytuje defaultní definice)  Primitivní podtřídy (Leaf) přímo vykonávají své metody Draw()  Kontejnery (Composite) definují Draw() a metody pro správu potomků Delegují Draw() na všechny své potomky Dobrá implementace grafického editoru Component Composite Leaves

Composite – obecná struktura pozor! diskuse později

Composite – účastníci Component (Graphic)  Deklaruje interface pro objekty v kompozici  Implementuje defaultní chování společného interface  Deklaruje interface pro správu a přístup k potomkům  Uchovává referenci na předka (volitelně) Leaf (Rectangle, Line, Text, atd.)  Reprezentuje listové objekty v kompozici, nemá potomky  Definuje chování primitivních objektů Composite (Picture)  Definuje chování komponent, které potomky mají  Uchovává potomky ve vhodné datové struktuře a umožňuje jejich správu Client  Používá objekty v kompozici přes interface Component

Důsledky Definuje hierarchii tříd skládajících se z primitivních a složených objektů, rekurzivně  Kdykoliv klientský kód předpokládá primitivní objekt, může také použít složený objekt Zjednodušuje klienta  Může zacházet stejně se složenými i primitivními objekty  Nemusí je rozlišovat – jednodušší kód Umožňuje jednoduché přidávání nových komponentů  Nově definované Composite nebo Leaf třídy automaticky fungují s existujícími strukturami i klientským kódem  Na klientovi se nemusí nic měnit Může Váš design učinit až příliš obecným  Jednoduché přidání nových komponentů naopak omezuje možnosti, jak omezit typy komponent ve složeném objektu  Je potřeba použít run-time kontroly

Composite – použití – výjimky Výkon je kritický parametr pro aplikace  Jestli je možná realizace bez kompozitu  Neplánujete rozšiřování hierarchie a funkčnosti modulu Programujete v jazyce s dynamickým typováním  Existují elegantnější způsoby řešení Nekontrolujete životní cyklus komponent  Zpracování tříd Composite je stochastický proces  Můzou vzniknut cyklické závislosti mezí potomky Kdy používání Composite není dobrým nápadem?

Problémy s implementací Deklarace metod s potomky ( add, remove, getChild )  metody pro správu dětí nemají smysl pro listy – kam s nimi? metody ve společném rozhraní  nepodporované operace v listech řešit výjimkami  preferovaná varianta dle GoF  z dnešního pohledu nevhodné řešení náročné výjimky, kontrola až za běhu metody pouze v Composite  odstranění operace z rozhraní  chyby (snaha přidat potomek k listu) zachyceny už při kompilaci  nepraktické a neflexibilní - dva druhy rozhraní doplnění rozhraní o GetComposite  vrací defaultně nullptr - listy  znalost z kontextu nebo lze otestovat Mazání komponent  mazaný Composite by měl být zodpovědný za smazání svých dětí výjimka: sdílené komponenty  při mazání dítěte je potřeba jej odebrat z rodičovy kolekce

Příklad realizace public abstract class Equipment :Idisposable { protected string _name; public Equipment(string name) { _name = name; } public string Name { get { return _name; } } public Equipment Root { set; get; } public abstract int GetTotalPrice(); public abstract void Dispose(); } Component definuje abstraktní metody pro děti public class EquipmentUnit: Equipment { private int _price; public EquipmentUnit(string name, int price) :base(name) { _price = price; } public override int GetTotalPrice() { return _price; } public override void Dispose() { } } Leaf implementuje abstraktní metody

Příklad realizace - prodloužení public class HWComponents: Equipment { private List _components; public HWComponents(string name) : base(name) { _components = new List (); } public override int GetTotalPrice() { return _components.Sum(item => item.GetTotalPrice()); } public HWComponents Add(Equipment item) { item.Root = this; _components.Add(item); return this; } public HWComponents Remove(Equipment item) { _components.RemoveAll(elem => { elem.Root = null; return elem == item; }); return this; } public override void Dispose() { _components.ForEach(item => item.Dispose()); _components.Clear(); } Composite Implementované metody potomků Využití potomků pro výpočet celkové částky

Příklad realizace - prodloužení var systemUnit = new HWComponents("System unit").Add(new EquipmentUnit("CPU", 4000)).Add(new EquipmentUnit("Motherboard", 3500)).Add(new EquipmentUnit("Hard drive", 2000)).Add(new EquipmentUnit("RAM memory", 1000)).Add(new EquipmentUnit("Trunk", 500)); Equipment PC = new HWComponents("Personal Computer").Add(systemUnit).Add(new EquipmentUnit("Display", 2500)).Add(new EquipmentUnit("Keyboard", 250)); Console.WriteLine(PC.GetTotalPrice()); // PC.Dispose(); Client

Implementace – specifika Explicitní reference na rodiče  Jednodušší pohyb po stromové struktuře, použití ve vzoru Chain of Responsibility  Pomáhá mazání komponentů  Referenci definovat v Component Leaf a Composite ji dědí spolu s funkcemi s ní případně spojenými  Zajistit, aby reference byla aktuální Měnit ji pouze když je dítě přidáváno nebo odstraňováno z Composite (Add, Remove) Composite.Operation()  Nemusí se delegovat pouze na potomky Př.: Equipment.GetTotalPrice() vrací cenu objektu: rekurzivně zavolá na všechny své děti a jejich návratové hodnoty sečte

Implementace – specifika Datová struktura pro uchování potomků  Pole, spojové seznamy, stromy, hashovací tabulky, …  Definice kolekci ve třídě Component není potřebná Pořadí potomků  Composite může definovat pořadí potomků, které se může v aplikaci využít příklad v Graphics: front-to-back order  Použít vhodnou datovou strukturu  Přizpůsobit rozhraní metod pro přístup a správu potomků lze použít vzor Iterator

Implementace - vylepšení Cachování pro zlepšení výkonnosti  Při častém procházení nebo prohledávání velkých kompozic je dobré evidovat informace z posledního průchodu / hledání  Composite cachuje informace o dětech Př.: Picture cachuje ohraničenou viditelnou oblast svých dětí, během překreslování je nemusí procházet znovu  Je třeba invalidovat cache při změně jsou potřeba reference na předky a interface k invalidaci cache Sdílení komponent  Sdílet komponenty např. kvůli úspoře paměti  Složitější, když komponenta může mít nejvýše jednoho rodiče  Řešení – děti mají více rodičů - DAG problémy s víceznačností, když je požadavek propagován směrem nahoru používání sbírky rodičů

Composite – použití GUI  Komponenty a kontejnery Java: AWT, Swing, JSP… atd.NET: WinForms, WPF, Silverlight... atd C++: Qt, GTK+… atd XML a podobné formáty Parsing výrazů  Reprezentace, interpretace Struktura souborů a adresářů...atd Téměř každá stromová struktura v OOP používá vzor Composite java.awt TODO: aktualizovat, doplnit reálné

Související vzory Command  Složený MacroCommand Decorator  Často používán s Composite  Interface třídy Component z Decoratoru navíc obsahuje metody pro práci s dětmi Iterator  Procházení potomků různými způsoby Visitor  Lokalizuje operace a chování, které by jinak byly rozprostřeny v Composite i Leaf třídách MVC, MVVM, MVP  Stavení View-komponentů

Shrnutí Skrývá rozdíl mezi objektem a kolekcí těchto objektů  Definuje hierarchie tříd  Zjednodušení práce klienta Možnost zlepšení pomocí cacheování výsledků získaných z potomků  Urychlení běhu programu Composite není všelék ale velmi užitečný návrhový vzor Jednoduchá struktura