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Patron de conception Composite. Intention. Organiser les objets en structures arborescentes pour représenter des hiérarchies tout-parties. Les composites permettent aux client de manipuler les objets composés et les objets individuels uniformément. Motivation.
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Intention • Organiser les objets en structures arborescentes pour représenter des hiérarchies tout-parties. • Les composites permettent aux client de manipuler les objets composés et les objets individuels uniformément.
Motivation • Les applications graphiques contiennent plusieurs sortes d’objets • Pour regrouper les objets, on utilise des contenants (hiérarchie d’objets) qui demandent la plupart du temps un traitement uniforme • Une classe abstraite (Graphic) représente à la fois les objets primitifs et leur contenant. • Méthode draw • Méthodes partagées par tous les objets composites : accès et gestion des fils
Quand appliquer le DP Composite? • Pour représenter des hiérarchies d’objets tout-parties. • Pour permettre aux clients d’ignorer la différence entre les objets composés et les objets individuels. • Les clients vont pouvoir manipuler tous les objets uniformément.
Participants • Component (Graphic) • Déclare l’interface des objets faisant partie du composite. • Implémente le comportement par défaut de l’interface partagée par toutes les classes • Déclare une interface pour accéder et gérer les fils • Définit une interface pour accéder au père dans la structure récursive et l’implémente le cas échéant. (optionel) • Leaf (Rectangle, Line, Text, etc.) • Représente les feuilles du composite. • Une feuille n’a pas de fils. • Définit le comportement des objets primitifs du composite. • Composite (Picture) • Définit le comportement des composantes qui ont des fils. • Emmagasine les fils. • Implémente les méthodes liées aux fils de l’interface Component • Client • Manipule les objets du composite à travers l’interface Component
Collaborations • Les clients utilisent l’interface Component pour interagir avec les objets de la structure composite. • Si le destinataire est une feuille, alors la requête est effectuée directement. • Si le destinataire est un composite, alors généralement la requête est transmise aux fils des opérations additionnelles peuvent aussi être faites avant et/ou après la transmission aux fils
Conséquences - avantages • Définition d’une hiérarchie de classes formée d’objets primitifs et d’objets composites • Les objets primitifs peuvent être composés en objets plus complexes • qui peuvent être composés en objets plus complexes • qui peuvent être… • Lorsque le code du client s’attend à un objet primitif, il peut aussi recevoir un objet composite. • Simplifie le client. • Les clients peuvent manipuler les structures composites et les objets individuels uniformément. • Les clients ne savent pas (et ne devraient pas se préoccuper de savoir) s’ils manipulent un objet composite ou une feuille. • Cela simplifie le code du client en évitant les tests sur la classe des objets qui forment le composite. • Facilite l’ajout de nouvelles sortes de composantes • Les nouvelles sous-classes de Composite ou Leaf fonctionnent automatiquement dans les structures existantes et le code des clients. • Les clients ne doivent pas être modifiés pour tenir compte des nouvelles classes.
Conséquences - désavantages • Peut rendre le design trop général • Le désavantage de faciliter l’ajout de nouvelles composantes est de rendre plus difficile l’application de contraintes sur les composantes d’un composite. • Dans certains cas, on désire ne permettre que certains types de composantes dans un composite. • Dans un composite, on ne peut pas utiliser le système de typage pour assurer cette contrainte. • Il faudra faire les tests à l’exécution.
Implémentation I • Référence explicite au père. • Peut simplifier les parcours et la gestion d’une structure composite • (e.g. la suppression d’un noeud). • Facilite l’implémentation du DP Chain of Responsibility. • En général, la référence (variable d’instance) au père est définie dans la classe/interface Component. • Les classes Leaf et Composite héritent de cette référence et des méthodes de gestion associées. • Maintenir la cohérence des liens père-fils. • Ne permettre la modification de la variable d’instance que lors de l’ajout ou la suppression de noeuds. • L’implémenter une seule fois dans les méthodes add et remove de la classe Composite.
Implémentation II • Partage de composantes • Par exemple pour réduire les besoins en mémoire • Difficile à gérer si une composante peut avoir plusieurs pères • Peut mener à des ambiguités par exemple si une requête percole vers la racine • Solution : Patron de conception “Flyweight” • Explique comment retravailler le design pour éviter d’emmagasiner tous les parents ensemble dans le fils partagé • Permet d’externaliser en tout ou en partie l’état du fils.
Implémentation III • Maximiser l’interface Component. • Y définir le plus possible de méthodes communes • pour éviter de devoir tenir compte de la classe du noeud. • Component • implémentations par défaut de ces méthodes • Leaf • redéfinition de ces méthodes • Par contre, toutes les opérations des noeuds intermédiaires ne sont pas nécessairement significatives pour les feuilles, • Par exemple les feuilles ne peuvent pas avoir de fils. • Comment Component peut-il spécifier une implémentation par défaut ?
Implémentation IV • Déclaration des méthodes de gestion des fils (add – remove). • La classe Compositeimplémente les méthodes d’ajout et de retrait des fils. • Par contre, qui doit déclarer ces méthodes ? • Dans l’interface commune Component ? • il faudra les rendre significatives pour les feuilles • Dans la classe Composite et ses sous-classes? • Compromis entre la sécurité et la transparence • Transparence • déclaration à la racine de la hiérarchie, i.e. dans l’interface commune Component • traitement uniforme des composantes • au détriment de la sécurité car les clients peuvent invoquer des méthodes non significatives. • Sécurité • déclaration dans la classe Composite toute tentative d’ajouter ou supprimer des fils à partir des feuilles sera détectée à la compilation au détriment de la transparence car les composites et feuilles auront des interfaces différentes • Habituellement il est préférable de faire échouer add et remove par défaut • par exemple en déclenchant une exception
Implémentation V • Est-ce que l’implémentation de Component utilise une liste de Components pour conserver les fils? • Définir l’ensemble des fils comme une variable d’instance de la classe Component • La classe Component contient les déclarations des opérations d’accès et de gestion des fils. • Placer un pointeur vers le fils dans la classe de base • pénalité : coût au niveau de l’espace-mémoire pour chaque feuille, même si une feuille n’a jamais de fils • Cette approche est valable seulement s’il y a relativement peu feuilles dans la structure
Implémentation VI • Ordonnancement des fils. • Lorsque l’ordre des fils est important, il faut porter une attention particulière au design des interfaces (au niveau de l’ordre et de la gestion des accès aux fils) afin de gérer correctement la séquence des fils • Le patron de conception “Iterator” peut s’avérer fort utile à cette fin.
Implémentation VII • Utiliser des caches pour améliorer la performance • S’il est nécessaire de parcourir ou rechercher des composites fréquemment, la classe Composite peut utiliser des caches du parcours ou de la recherche d’information dans ses fils • La classe Composite peut placer dans une cache des résultats courants ou simplement de l’information qui permettent de court-circuiter le parcours ou la recherche. • Une modification d’une composante exigera d’invalider les caches de ses parents • Cette approche fonctionne le mieux lorsque les composantes connaissent leur parent • Par conséquent si des caches sont utilisées, il faut définir une interface qui permette d’indiquer aux composites que leur cache est invalide.
a.root-servers.net (root) uk purdue.edu ns1.nic.uk yahoo.com .... (uk) ns.purdue.edu (purdue.edu) co.uk ac.uk... ns0.ja.net (ac.uk) * .purdue.edu ic.ac.uk qmw.ac.uk... alpha.qmw.ac.uk dns0.dcs.qmw.ac.uk dns0-doc.ic.ac.uk (qmw.ac.uk) (dcs.qmw.ac.uk) (ic.ac.uk) dcs.qmw.ac.uk *.dcs.qmw.ac.uk *.ic.ac.uk *.qmw.ac.uk DNS name servers Figure 9.4 Note: Name server names are in italics, and the corresponding domains are in parentheses.Arrows denote name server entries authoritative path to lookup: jeans-pc.dcs.qmw.ac.uk *
a.root-servers.net (root) uk purdue.edu ns1.nic.uk yahoo.com .... (uk) ns.purdue.edu (purdue.edu) co.uk ac.uk... ns0.ja.net (ac.uk) * .purdue.edu ic.ac.uk qmw.ac.uk... IP: alpha.qmw.ac.uk alpha.qmw.ac.uk dns0.dcs.qmw.ac.uk dns0-doc.ic.ac.uk (qmw.ac.uk) (dcs.qmw.ac.uk) (ic.ac.uk) IP:jeans-pc.dcs.qmw.ac.uk IP:ns0.ja.net 4 3 2 1 dcs.qmw.ac.uk *.dcs.qmw.ac.uk *.ic.ac.uk *.qmw.ac.uk jeans-pc.dcs.qmw.ac.uk ? IP:dns0.dcs.qmw.ac.uk DNS in typical operation Without caching client.ic.ac.uk *
Implémentation VIII • Qui devrait détruire les composantes? • Dans les langages sans ramasse-miettes, il est en général préférable de rendre un Composite responsable de la destruction des fils lorsque celui-ci est détruit • Une exception à cette règle survient lorsque les objets Leaf sont immuables et peuvent par conséquent être partagés.
Implémentation IX • Quelle est la structure de données la plus appropriée pour emmagasiner les composantes? • Les composites peuvent utiliser un grand choix de structures de données pour emmagasiner les fils : listes chaînées, arbres, vecteurs, tables de hachage (hash tables), etc. • Le choix de la structure de données dépend (comme toujours) de l’efficacité.
Utilisations • La classe View du Model/View/Controller de Smalltalk était un Composite, • Le framework de compilation de RTL Smalltalk utilisait abondamment le patron Composite. • Une expression RTL est une Component pour les arbres de dérivation. Elle possède des sous-classes, comme BinaryExpression, qui contiennent des fils de type RTLExpression. Ces classes définissent une structure composite pour les arbres de dérivation. • RegisterTransfer est une classe Component pour la représentation des affectations de la forme Single Static Assignment (SSA) tel que • Affectation primitive qui effectue une opération sur deux registres et affecte le résultat à un troisième. • Affectation avec un registre source mais sans registre destination, ce qui siginifie que le registre est utilisé après le retour de la routine • Une autre sous-classe, RegisterTransferSet, est une classe composite pour représenter les affectations qui modifient plusieurs registres en même temps. • Un autre exemple de l’utilisation de ce patron provient du domaine de la finance, un portfolio est un aggrégat de biens individuels. • Le portfolio est implémenté en tant que composantes respectant l’interface des biens individuels.
Patrons de conception reliés • Dans plusieurs cas, le lien entre une composante et son parent est utilisé pour le patron de conception “Chain of Responsibility”. • Le patron de conception “Decorator” est souvent utilisé avec le patron “Composite”. • Lorsque les décorateurs et les composites sont utilisés ensemble, ils possèdent habituellement une superclasse commune. • Ainsi les décorateurs devront supporter l’interface Component et, partant, des opérations comme add, remove, et getChild. • Le patron de conception “Flyweight” permet de partager les composantes, • par contre ces dernières ne peuvent plus posséder de références sur leurs pères (alors multiples). • Le patron de conception “Iterator” peut être utilisé pour parcourir les composites. • Le patron de conception “Visitor” rend locaux les comportements et les opérations qui autrement seraient répartis à travers les classes Composite et Leaf.
Références • Gamma et al., Design Patterns • The Composite pattern and Struts Tiles • The Apache Struts framework includes a JSP tag library, known as Tiles, that lets you compose a Webpage from multiple JSPs. • Tiles is actually an implementation of the J2EE (Java 2 Platform, Enterprise Edition) CompositeView pattern, itself based on the Design Patterns Composite pattern. • Java Design Patterns • http://www.javaworld.com/columns/jw-java-design-patterns-index.shtml • A look at the Composite design pattern • Treat primitive and composite objects the same way • http://www.javaworld.com/javaworld/jw-09-2002/jw-0913-designpatterns-p2.html • Web application components made easy with Composite View • Implement Web applications featuring pluggable components with the Composite View design pattern • http://www.javaworld.com/javaworld/jw-12-2001/jw-1228-jsptemplate.html
Decorator • Attach additional responsibilities to an object dynamically. • Decorators provide a flexible alternative to subclassing for extending functionality.
Flyweight • Use sharing to support large numbers of fine-grained objects efficiently.
Chain of responsibility • Avoid coupling the sender of a request to its receiver by giving more than one object a chance to handle the request. • Chain the receiving objects and pass the request along the chain until an object handles it.
Visitor • Represent an operation to be performed on the elements of an object structure. • Visitor lets you define a new operation without changing the classes of the elements on which it operates.
