C++ – Návrhové vzory a idiomy (CPP3)

Náplň kurzu:

Skrýt detaily

• Srozumitelný a udržitelný kód psaný pro lidi
1. Využíváme známé postupy a návrhové vzory
2. Popisujeme software pomocí komponent a chování
3. Oddělujeme chování od detailů implementace

• Objektově orientovaný návrh software
1. Program složený ze spolupracujících komponent
2. Komponenty mají přiřazené úkoly (responsibilities)
3. Lze přemýšlet o jednotlivých komponentách (reason)

• Klasické objektově orientované programování
1. Komponenty reprezentujeme pomocí instancí tříd
2. Instance definuje stav a vztahy komponenty
3. Třída definuje chování a rozhraní komponenty

• Dědičnost a náhrada metod předka
1. Úprava chování komponenty náhradou metod
2. Návrhový vzor šablona (template)
3. Statická implementace v moderním C++ (CRTP)

• Opakovaná použitelnost jednou napsaného kódu
1. Sdílení obecného kódu pomocí dědičnosti
2. Kompozice objektů z hotových stavebních bloků
3. Generické datové typy a algoritmy

• Oddělení rozhraní a konkrétní implementace
1. Abstraktní třídy jako definice rozhraní
2. Zaměnitelnost implementací za běhu (dynamický polymorfismus)
3. Návrhový vzor strategie (strategy)

• Závislosti mezi komponentami v C++
1. Vlastnictví (RAII), odkazování a propůjčování
2. Ukazatele, reference a polymorfismus
3. Interakce mezi objekty, volání metod

• Nástroje generického programování
1. Kompozice pomocí generických šablon
2. Návrhový vzor politika (policy)
3. Omezení variability na dobu kompilace

• Principy dobrého softwarového designu
1. Nezávislost komponent a lokalizace změn v kódu (SRP)
2. Závislost na rozhraní, ne implementaci (DIP)
3. Uzavřenost kódu vůči potřebám změny při rozšiřování (OCP)

• Výměna chování komponenty za běhu
1. Stavový stroj a návrhový vzor stav (state)
2. Moderní implementace pomocí std::variant
3. Rozdíly od klasického stavového stroje (state machine)

• Propojování rozhraní pomocí spojovacích prvků
1. Oddělení odlišných domén (bridge)
2. Překlenutí rozdílných rozhraní (adapter)
3. Zpřístupnění specializovaného rozhraní (facade)

• Řetězení pomocí jednoho rozhraní
1. Přidání chování do hotového systému (decorator)
2. Řetězení možných handlerů (chain of responsibility)
3. Zajištění a řízení přístupu k objektům (proxy)

• Lineární datové struktury a sekvence
1. Procházení datových struktur (iterátor)
2. Rozlišení spojového seznamu a řetězu
3. Zakončení bez nulového ukazatele (null object)

• Kompozice složitějších objektů a komponent
1. Větvení podle konkrétního typu (visitor)
2. Stromová struktura objektů (composite)
3. Řešení v kombinaci std::variant a std::visit

• Vytváření různorodých typů objektů
1. Továrna na objekty všeho druhu (factory)
2. Abstraktní továrna na objekty (abstract factory)
3. Použití lambdy a std::function pro registraci typů

• Objekty o jedné jediné instanci
1. Vytvoření jediné instance v moderním C++ (singleton)
2. Správa globálních prostředků
3. Stavová komunikace s operačním systémem

• Vícekrokové vytváření objektů
1. Stavitelský objekt jako mezikrok (builder)
2. Metody pro úpravu stavitele a finální build
3. Rozdělení stavitele do více fází

• Signalizace a zpracování událostí
1. Centrální zodpovědná komponenta (mediator)
2. Registrace zájemců o události (observer)
3. Signály s šablonami a lambdami (signals & slots)

• Generování, streamování a líné vyhodnocování
1. Zpracování sekvencí a pipelining (iterators, views)
2. Používání fronty zpráv (message queue)
3. Generování pomocí std::generator

• Reprezentace datových změn
1. Popis konkrétní úpravy (transaction, command)
2. Sekvence následných změn (journal)
3. Použití minijazyka či bajtkódu (interpreter)

• Uložení a obnovení stavu
1. Vytváření snímků stavových dat (snapshot, memento)
2. Práce s historií získaných snímků (history, recovery)
3. Kombinace snapshotů a transakcí (incremental backup)

• Optimalizace práce s daty
1. Datové struktury s instantními snapshoty (copy-on-write)
2. Sdílení víceméně neměnných parametrů (flyweight)
3. Klonování objektů a „rule of zero“ (clone, prototype)