science-review.ru
Высокая конкуренция в it-сфере диктует свои правила поведения – современный программист должен хорошо ориентироваться в нескольких парадигмах программирования, грамотно составить техническое задание, уметь презентовать результаты своей работы. В свою очередь, усложнение технологий программирования порождает тенденцию к унификации программного кода, без потери его качества. На реализацию данной цели направлены паттерны проектирования, которые являются сравнительно новыми в программировании. В настоящее время заговорили о становлении «паттернового подхода», так как число паттернов постоянно увеличивается [1].
Рассмотрим особенности применения паттернов для обработки данных образовательного процесса. Нашей задачей является разработка программы для выставления оценки студентам по трем предметам: «Высокоуровневые методы информатики и программирования» (далее ВУИ), «Проектирование» и «Программная инженерия». В качестве входных параметров будем использовать следующие критерии оценок:
- выполнил все задания;
- допустил одну ошибку;
- не выполнил одно задание;
- не выполнил все задания.
Типы паттернов проектирования
|
Название группы паттернов |
Основная функция |
Пример |
|
Порождающие паттерны |
Функция создания объектов, позволяют системе быть независимой от типов этих объектов и от процесса порождения |
Фабричный метод, абстрактная фабрика, строитель, прототип, одиночка |
|
Структурные паттерны |
Функция установления связей между объектами |
Адаптер, компоновщик, мост, декоратор, фасад, легковес, заместитель |
|
Поведенческие паттерны |
Функция коммуникации между объектами |
Цепочка обязанностей, команда, состояние, снимок, итератор, посредник, наблюдатель, стратегия, шаблонный метод, посетитель |
Например, данный список можно оформить в следующем виде:
- экзамен по ВУИ (все верно) – оценка «5»;
- экзамен по проектированию (все верно) – оценка «5»;
- экзамен по инженерии (все верно) – оценка «5»;
- экзамен по ВУИ (допустил одну ошибку) – оценка «4» и т.д.
Для реализации данной цели нам необходимо определить тип паттерна, выбрать язык программирования для его реализации и протестировать разработанный продукт.
Материалы и методы исследования
Выберем тип паттерна. Паттерн (шаблон) проектирования – это уже встречавшаяся архитектура программы, которая служит для решения определенной задачи, то есть это шаблон кода, который достаточно взять и переделать для решения своей задачи [2]. Подобная двусмысленность приводит к тому, что эти шаблоны называют как паттернами проектирования, так и паттернами программирования.
К достоинствам применения таких конструкций – шаблонов можно отнести возможность сэкономить время для решения однотипных задач, большая «прозрачность» кода и тем самым лучшее его понимание другими разработчиками, стандартизация кода.
Но паттерны не лишены и недостатков. Во-первых, это сложности с определением области применения того или иного паттерна. Количество паттернов и их сложность приводит к тому, что программисту приходится потратить большее количество времени на их изучение, чем решение задачи с нуля. Во-вторых, программирования – это область для творчества, поскольку многие задачи нельзя решить стандартными способами, поэтому паттерны могут усложнить данный процесс. В-третьих – применение шаблонов, стандартов, готовых планов приводит к некой зависимости от их возможностей. Программист начинает надеяться, что с их помощью он может решить любую задачу, что абсолютно неверно.
Как правило, паттерн состоит из нескольких формальных частей [3].
- задачи, которую требуется рассмотреть;
- способа решения проблемы;
- структуры классов для решения;
- несколько примеров программного кода;
- связи с другими паттернами.
Следовательно, существует несколько видов паттернов, которые представлены в таблице [4].
Таким образом, каждый паттерн применяется для решения задач в определенной области. Мы остановим свой выбор на паттерне «Декоратор». Этот паттерн применяется для динамического изменения объекта. Кроме того, он позволяет представить решение задачи в виде микроклассов, что облегчает работу с кодом.
Программная реализация
Для реализации паттерна будем использовать высокоуровневый язык программирования С# [5, 6].
Упростим взаимодействие между объектами с помощью паттерна «Декоратор». Он позволит динамически в ходе написания кода расширять функционал объекта, назначая дополнительные возможности.
Создадим базовый класс «Экзамен», в котором зададим начальные условия. Изначально объявим оценку «2» для каждого предмета.
Листинг 1
namespace Декоратор
{
public abstract class Экзамен
{
public string Дисциплина { get; protected set; }
public int Оценка { get; protected set; }
public Экзамен(string дисциплина)
{
if (string.IsNullOrEmpty(дисциплина))
{
throw new ArgumentNullException(nameof(дисциплина));
}
Дисциплина = дисциплина;
Оценка = 2;
}
public override string ToString()
{
return $ «Оценка по предмету для {Дисциплина}»;
}
}
}
Теперь создадим три микрокласса «ВУИ», «Программная инженерия» и «Проектирование». Зададим в них изменение оценки до пяти.
Листинг 2
namespace Декоратор
{
public class ВУИ : Экзамен
{
public ВУИ(string дисциплина): base(дисциплина)
{
Оценка += 3;
}
}
}
Микроклассы «Программная игнженерия» и «Проектирование» создаются аналогично.
Далее объявим класс «Снижение_оценки». Следом за ним опять создадим микроклассы «_ВУИ», «_Программная инженерия» и «_Проектирование». При их использовании оценка будет снижаться на единицу.
Листинг 3
namespace Декоратор
{
public abstract class Снижение_оценки : Экзамен
{
protected Экзамен Итог { get; set; }
public Снижение_оценки(Экзамен итог): base(итог.Дисциплина)
{
Итог = итог ?? throw new ArgumentNullException(nameof(итог));
Оценка = итог.Оценка;
}
}
Листинг 4
namespace Декоратор
{
public class _ВУИ : Снижение_оценки
{
public _ВУИ(Экзамен итог) : base(итог)
{
Оценка -= 1;
}
}
}
Введем перечисления для объявления критериев оценки. Преобразуем список в нужный вид.
Листинг 5
using System.ComponentModel;
namespace Декоратор
{
public enum Перечисления : int
{
[Description(«Экзамен по ВУИ»)]
vse_vui =1,
[Description(«Экзамен по проектированию»)]
vse_proekt = 2,
[Description(«Экзамен по программной инженерии»)]
vse_ing = 3,
}
}
Листинг 6
using System.ComponentModel;
namespace Декоратор
{
public enum Перечисления2 : int
{
[Description(«Допустил ошибку»)]
ne_vui=1,
[Description(«Не сделал одно задание»)]
ne_proekt = 2,
[Description(«Ничего не сделал»)]
ne_ing = 3,
[Description(«Все верно»)]
None = 0
}
}
В листинге 7 представлен код класса Class1 для выравнивания строчек результата программы для придания читабельного вида.
Листинг 7
using System.ComponentModel;
using System.Reflection;
namespace Декоратор
{
public static class Class1
{
public static string GetDescription(this Enum enumElement)
{
Type type = enumElement.GetType();
MemberInfo[] memInfo = type.GetMember(enumElement.ToString());
if (memInfo != null && memInfo.Length > 0)
{
object[] attrs = memInfo[0].GetCustomAttributes(typeof(DescriptionAttribute), false);
if (attrs != null && attrs.Length > 0)
return ((DescriptionAttribute)attrs[0]).Description;
}
return enumElement.ToString();
}
}
}
В основном теле программы запишем алгоритм решения поставленной задачи. Зададим запрос имени студента и оформим классы в порядке их использования.
Листинг 8
namespace Декоратор
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine(«Здравствуйте. Для того, чтобы узнать вашу оценку по экзамену, вам нужно вписать имя.»);
Console.WriteLine(«Ваше имя: «);
var имя = Console.ReadLine();
Console.WriteLine(«Смотрите ниже»);
Экзамен итог = null;
do
{
итог = GetПеречисления(имя);
}
while (итог == null);
while (true)
{
итог = GetПеречисления2(итог, out bool finish);
if (finish)
{
break;
}
}
Console.WriteLine($»{итог}. Ваша оценка: {итог.Оценка}»);
Console.ReadLine();
}
private static Экзамен GetПеречисления2(Экзамен итог, out bool finish)
{
finish = false;
Console.WriteLine(«Проверим правильность заданий:»);
foreach (Перечисления2 t in Enum.GetValues(typeof(Перечисления2)))
{
Console.WriteLine($»{(int)t} - {t.GetDescription()}»);
}
var adding = Console.ReadLine();
if (int.TryParse(adding, out int перечисления2))
{
switch ((Перечисления2)перечисления2)
{
case Перечисления2.None:
finish = true;
return итог;
case Перечисления2.ne_vui:
return new _ВУИ(итог);
case Перечисления2.ne_proekt:
return new _Проектирование(итог);
case Перечисления2.ne_ing:
return new _Инженерия(итог);
default:
Console.WriteLine(«Вы ввели некорректное значение!»);
return итог;
}
}
else
{
Console.WriteLine(«Вы ввели некорректное значение!»);
return итог;
}
}
private static Экзамен GetПеречисления(string имя)
{
Console.WriteLine(«Выберите, пожалуйста, предмет:»);
foreach (Перечисления t in Enum.GetValues(typeof(Перечисления)))
{
Console.WriteLine($»{(int)t} - {t.GetDescription()}»);
}
var type = Console.ReadLine();
if (int.TryParse(type, out int перечисления))
{
switch ((Перечисления)перечисления)
{
case Перечисления.vse_vui:
return new ВУИ(имя);
case Перечисления.vse_proekt:
return new Проектирование(имя);
case Перечисления.vse_ing:
return new Инженерия(имя);
default:
Console.WriteLine(«Вы ввели некорректное значение!»);
return null;
}
}
else
{
Console.WriteLine(«Вы ввели некорректное значение!»);
return null;
}
}
}
}
Результат выполнения программы
Результаты исследования и их обсуждение
Студент вводит свои данные, выбирает предмет и указывает результат. Программа выставляет итоговую оценку студенту.
Результат работы программы представлен на рисунке.
Таким образом, данный паттерн применим, если требуется изменить какую-либо часть программы динамически. Декоратор достаточно просто реализовать за счет большого количества микроклассов, относящихся к основному телу программы.
В дальнейшем решение нашей задачи может быть модернизировано в следующих направлениях:
- разработка интерфейса;
- разработка базы данных студентов и/или предметов;
- разграничение прав доступа администратора и пользователя;
- применение других паттернов.
Выводы
Таким образом, при использовании паттернов можно упростить решение многих задач, тем самым код становится понятным, структурированным и уменьшаются затраты времени на написание кода. Однако при их использовании стоит помнить, что в программировании большая часть задач не может быть решена посредством стандартных шаблонов и требует внесения дополнительных изменений.