Что такое паттерны в программировании: Шпаргалка по шаблонам проектирования / Хабр

Содержание

Паттерны ООП простыми словами: структурирующие паттерны

В этой статье рассмотрим структурирующие паттерны проектирования и попробуем на простых примерах разобраться как эти паттерны работают.

Такие паттерны помогают внести порядок и научить разные объекты правильно работать друг с другом.

Adapter или wrapper (адаптер, обертка)

Полностью соответствует своему названию. Чтобы заставить работать советскую вилку через евророзетку требуется переходник, то есть «адаптер» – он служит промежуточным объектом между двумя другими, которые не могут работать напрямую друг с другом.

Bridge (мост)

Вам требуется работать на разных автомобилях, но садясь в новый автомобиль вы уже должны знать как им управлять. Здесь вы сталкиваетесь с паттерном «мост». С одной стороны, вы имеете множество различных автомобилей (разные модели и марки), но среди все этих машин есть общая абстракция (интерфейс) в виде руля, педалей, коробки передач и других рычагов.

То есть, нам известны правила изготовления автомобилей по которым мы можем создавать любые их виды, но за счет сохранения общих правил взаимодействия с ними, мы можем одинаково управлять каждым из них. «Мостом» в данном случае является пара двух «объектов»: конкретного автомобиля и правил взаимодействия как с этим, так и с любым другим автомобилем.

Composite (компоновщик)

Суть паттерна заключается в сокращении различий в управлении группами объектов и индивидуальными объектами. Рассмотрим управление солдатами в строю. Существует некий свод правил, который определяет как командовать строем, согласно этого свода не важно кому отдается приказ (например «шагом марш») – одному солдату или целому взводу. В такой свод правил нельзя включить команду, которую может исполнить только один солдат, но не может исполнить группа и наоборот.

Decorator (декоратор, оформитель)

Данный паттерн чаще всего используется для расширения исходного объекта до требуемого вида.

Условно можно считать «декоратором» человека с кистью и красной краской. Какой бы объект или тип объектов мы не передали в руки «декоратору», на выходе мы будем получать красные объекты.

Facade (фасад)

Представьте, что управление автомобилем происходит следующим образом: нужно нажать одну кнопку чтобы подать питание с аккумулятора, другую чтобы подать питание на инжектор, третью чтобы включить генератор, четвертую чтобы зажечь лампочку на панели и так далее. Это было бы довольно сложно. Чтобы всего этого избежать, подобный набор действий заменяется простым и комплексным поворотом ключа зажигания. В данном случае поворот ключа зажигания и будет тем самым «фасадом».

Front controller (единая точка входа)

В данном примере, «единой входной точкой» можно считать ваш браузер. Он служит «единой точкой входа» для всего интернета. То есть, вы используете один интерфейс для получения доступа к разным объектам большой системы (сайтам в интернете).

Flyweight (приспособленец)

Представьте что нам требуется поставить пьесу. Но по сценарию в этой пьесе задействованы несколько десятков людей, которые выполняют одинаковые действия, например участвуют в массовках для различных сцен в разные промежутки времени, но между ними всё же есть какие-то различия, например, костюмы. Стоило бы огромных денег нанять для каждой роли отдельного актера, поэтому мы используем паттерн «приспособленец». Создадим все нужные костюмы, а для каждой массовки будем переодевать небольшую группу актеров в требуемые для этой сцены костюмы. В результате мы имеем возможность ценой малых ресурсов создавать видимость управления большим количеством разных объектов.

Proxy или surrogate (прокси, заместитель, суррогат)

Сотрудникам одного из подразделений фирмы регулярно требуется получать информацию о том, какого числа бухгалтерия планирует выплатить зарплату. С одной стороны, каждый из них может индивидуально и регулярно ездить в бухгалтерию для выяснения этого вопроса. С другой, при приближении планируемой даты подразделение может выбрать одного человека, который будет выяснять эту информацию у бухгалтерии, а в последствии уже все в подразделении могут выяснить эту информацию у него, что значительно быстрее. Именно этот человек и будет реализованным «прокси» – паттерном, который будет предоставлять специальный механизм доступа к информации из бухгалтерии.

Паттерны ООП простыми словами: паттерны поведения

Паттерны ООП простыми словами: порождающие паттерны

Основы паттернов проектирования | C# и .NET

Введение в паттерны проектирования

Последнее обновление: 31.10.2015

Что представляют собой паттерны проектирования? Паттерн представляет определенный способ построения программного кода для решения часто встречающихся проблем проектирования. В данном случае предполагается, что есть некоторый набор общих формализованных проблем, которые довольно часто встречаются, и паттерны предоставляют ряд принципов для решения этих проблем.

Хотя идея паттернов как способ описания решения распространенных проблем в области проектирования появилась довольно давно, но их популярность стала расти во многом благодаря известной работе четырех авторов Эриха Гаммы, Ричарда Хелма, Ральфа Джонсона, Джона Влиссидеса, которая называлась «Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software» (на русском языке известна как «Приемы объектно-ориентированного проектирования.

Паттерны проектирования») и которая вышла в свет в 1994 году. А сам коллектив авторов нередко называют «Банда четырёх» или Gang of Four или сокращенно GoF. Данная книга по сути являлась первой масштабной попыткой описать распространенные способы проектирования программ. И со временем применение паттернов стало считаться хорошей практикой программирования.

Что же дает нам применение паттернов? При написании программ мы можем формализовать проблему в виде классов и объектов и связей между ними. И применить один из существующих паттернов для ее решения. В итоге нам не надо ничего придумывать. У нас уже есть готовый шаблон, и нам только надо его применить в конкретной программе.

Причем паттерны, как правило, не зависят от языка программирования. Их принципы применения будут аналогичны и в C#, и в Jave, и в других языках. Хотя в рамках данного руководства мы будем говорить о паттернах в контексте языка C#.

Также мышление паттернами упрощает групповую разработку программ. Зная применяемый паттерн проектирования и его основные принципы другому программисту будет проще понять его реализацию и использовать ее.

В то же время не стоит применять паттерны ради самих паттернов. Хорошая программа предполагает использование паттернов. Однако не всегда паттерны упрощают и улучшают программу. Неоправданное их использование может привести к усложнению программного кода, уменьшению его качества. Паттерн должен быть оправданным и эффективным способом решения проблемы.

Существует множество различных паттернов, которые решают разные проблемы и выполняют различные задачи. Но по своему действию их можно объединить в ряд групп. Рассмотрим некоторые группы паттернов. В основу классификации основных паттернов положена цель или задачи, которые определенный паттерн выполняет.

Порождающие паттерны

Порождающие паттерны — это паттерны, которые абстрагируют процесс инстанцирования или, иными словами, процесс порождения классов и объектов. Среди них выделяются следующие:

  • Абстрактная фабрика (Abstract Factory)

  • Строитель (Builder)

  • Фабричный метод (Factory Method)

  • Прототип (Prototype)

  • Одиночка (Singleton)

Другая группа паттернов — структурные паттерны — рассматривает, как классы и объекты образуют более крупные структуры — более сложные по характеру классы и объекты. К таким шаблонам относятся:

  • Адаптер (Adapter)

  • Мост (Bridge)

  • Компоновщик (Composite)

  • Декоратор (Decorator)

  • Фасад (Facade)

  • Приспособленец (Flyweight)

  • Заместитель (Proxy)

Третья группа паттернов называются поведенческими — они определяют алгоритмы и взаимодействие между классами и объектами, то есть их поведение. Среди подобных шаблонов можно выделить следующие:

  • Цепочка обязанностей (Chain of responsibility)

  • Команда (Command)

  • Интерпретатор (Interpreter)

  • Итератор (Iterator)

  • Посредник (Mediator)

  • Хранитель (Memento)

  • Наблюдатель (Observer)

  • Состояние (State)

  • Стратегия (Strategy)

  • Шаблонный метод (Template method)

  • Посетитель (Visitor)

Существуют и другие классификации паттернов в зависимости от того, относится паттерн к классам или объектам.

Паттерны классов описывают отношения между классами посредством наследования. Отношения между классами определяются на стадии компиляции. К таким паттернам относятся:

  • Фабричный метод (Factory Method)

  • Интерпретатор (Interpreter)

  • Шаблонный метод (Template Method)

  • Адаптер (Adapter)

Другая часть паттернов — паттерны объектов описывают отношения между объектами. Эти отношения возникают на этапе выполнения, поэтому обладают большей гибкостью. К паттернам объектов относят следующие:

  • Абстрактная фабрика (Abstract Factory)

  • Строитель (Builder)

  • Прототип (Prototype)

  • Одиночка (Singleton)

  • Мост (Bridge)

  • Компоновщик (Composite)

  • Декоратор (Decorator)

  • Фасад (Facade)

  • Приспособленец (Flyweight)

  • Заместитель (Proxy)

  • Цепочка обязанностей (Chain of responsibility)

  • Команда (Command)

  • Итератор (Iterator)

  • Посредник (Mediator)

  • Хранитель (Memento)

  • Наблюдатель (Observer)

  • Состояние (State)

  • Стратегия (Strategy)

  • Посетитель (Visitor)

И это только некоторые основные паттерны. А вообще различных шаблонов проектирования гораздо больше. Одни из них только начинают применяться, другие являются популярными на текущий момент, а некоторые уже менее распространены, чем раньше.

И в данном руководстве мы рассмотрим наиболее основные и распространенные паттерны и принципы их использования применительно к языку C#.

Как выбрать нужный паттерн?

Прежде всего при решении какой-нибудь проблемы надо выделить все используемые сущности и связи между ними и абстрагировать их от конкретной ситуации. Затем надо посмотреть, вписывается ли абстрактная форма решения задачи в определенный паттерн. Например, суть решаемой задачи может состоять в создании новых объектов. В этом случае, возможно, стоит посмотреть на порождающие паттерны. Причем лучше не сразу взять какой-то определенный паттерн — первый, который показался нужным, а посмотреть на несколько родственных паттернов из одной группы, которые решают одну и ту же задачу.

При этом важно понимать смысл и назначение паттерна, явно представлять его абстрактную организацию и его возможные конкретные реализации. Один паттерн может иметь различные реализации, и чем чаще вы будете сталкиваться с этими реализациями, тем лучше вы будете понимать смысл паттерна. Но не стоит использовать паттерн, если вы его не понимаете, даже если он на первый взгляд поможет вам в решении задачи.

И в конечном счете надо придерживаться принципа KISS (Keep It Simple, Stupid) — сохранять код программы по возможности простым и ясным. Ведь смысл паттернов не в усложнении кода программы, а наоборот в его упрощении.

Паттерны проектирования в Java [Часть 1]

Это краткая статья по паттернам проектирования в Java. Реализации паттернов не будет, тут только список паттернов которые есть в java и их краткое содержание. Она будет полезна тем, кто уже в теме, для повторения и обобщения. Или напротив, для тех, кто первый раз подошёл к паттернам — для самого первого обзора темы, прежде, чем копнуть глубже. Паттерны проектирования (шаблоны проектирования) — это готовые к использованию решения часто возникающих в программировании задач. Это не класс и не библиотека, которую можно подключить к проекту, это нечто большее. Паттерны проектирования, подходящий под задачу, реализуется в каждом конкретном случае. Следует, помнить, что такой паттерн, будучи примененным неправильно или к неподходящей задаче, может принести немало проблем. Тем не менее, правильно примененный паттерн поможет решить задачу легко и просто. Типы паттернов:
  • порождающие
  • структурные
  • поведенческие
Порождающие паттерны предоставляют механизмы инициализации, позволяя создавать объекты удобным способом. Структурные паттерны определяют отношения между классами и объектами, позволяя им работать совместно. Поведенческие паттерны используются для того, чтобы упростить взаимодействие между сущностями. Порождающие:
  • Singleton (Одиночка) — ограничивает создание одного экземпляра класса, обеспечивает доступ к его единственному объекту.
  • Factory (Фабрика) — используется, когда у нас есть суперкласс с несколькими подклассами и на основе ввода, нам нужно вернуть один из подкласса.
  • Abstract Factory (Абстрактная фабрика) — используем супер фабрику для создания фабрики, затем используем созданную фабрику для создания объектов.
  • Builder (Строитель) — используется для создания сложного объекта с использованием простых объектов. Постепенно он создает больший объект от малого и простого объекта.
  • Prototype (Прототип) — помогает создать дублированный объект с лучшей производительностью, вместо нового создается возвращаемый клон существующего объекта.
Структурные:
  • Adapter (Адаптер) — это конвертер между двумя несовместимыми объектами. Используя паттерн адаптера, мы можем объединить два несовместимых интерфейса.
  • Composite (Компоновщик) — использует один класс для представления древовидной структуры.
  • Proxy (Заместитель) — представляет функциональность другого класса.
  • Flyweight (Легковес) — вместо создания большого количества похожих объектов, объекты используются повторно.
  • Facade (Фасад) — беспечивает простой интерфейс для клиента, и клиент использует интерфейс для взаимодействия с системой.
  • Bridge (Мост) — делает конкретные классы независимыми от классов реализации интерфейса.
  • Decorator (Декоратор) — добавляет новые функциональные возможности существующего объекта без привязки его структуры.
Поведенческие:
  • Template Method (Шаблонный метод) — определяющий основу алгоритма и позволяющий наследникам переопределять некоторые шаги алгоритма, не изменяя его структуру в целом.
  • Mediator (Посредник) — предоставляет класс посредника, который обрабатывает все коммуникации между различными классами.
  • Chain of Responsibility (Цепочка обязанностей) — позволяет избежать жесткой зависимости отправителя запроса от его получателя, при этом запрос может быть обработан несколькими объектами.
  • Observer (Наблюдатель) — позволяет одним обьектам следить и реагировать на события, происходящие в других объектах.
  • Strategy (Стратегия) — алгоритм стратегии может быть изменен во время выполнения программы.
  • Command (Команда) — интерфейс команды объявляет метод для выполнения определенного действия.
  • State (Состояние) — объект может изменять свое поведение в зависимости от его состояния.
  • Visitor (Посетитель) — используется для упрощения операций над группировками связанных объектов.
  • Interpreter (Интерпретатор) — определяет грамматику простого языка для проблемной области.
  • Iterator (Итератор) — последовательно осуществляет доступ к элементам объекта коллекции, не зная его основного представления.
  • Memento (Хранитель) — используется для хранения состояния объекта, позже это состояние можно восстановить.
Проходя курс JavaRush вы встретите пару паттернов из этого списка. Рекомендую задачи по паттернам: 1522, 1530, 1631, big01, 2912, 3107. .. Разумное использование паттернов проектирования приводит к повышению надежности обслуживания кода, поскольку в дополнение к тому, чтобы быть хорошим решением общей проблемы, паттерны проектирования могут быть распознаны другими разработчиками, что уменьшает время при работе с определенным кодом. Паттерны проектирования в Java [Часть 2]

Паттерны в объектно-ориентированном программировании — курс

Шаблоны Паттернов проектирования в объектно-ориентированном программировании

Определения терминов и понятий

Ниже приводится краткое изложение терминов, которые вы уже были введено в более ранних главах, которые будут иметь важное значение для понимания шаблонов проектирования.

Курс можно скачать в конце статьи.

Одной из основных задач объектно-ориентированного проектирования является: определите классы, из которых состоит программная система.

Не все объекты, которые будут частью системы, идентифицируются на ранней стадии процесса разработки, для ряда причины, включая выбранный программный процесс (например, инкрементные процессы).

Наиболее важным аспектом объекта является его интерфейс . Интерфейс его определяет, как он может другими словами, к каким именно сообщениям он может быть использован и отклик. Параметры, которые необходимо передать с помощью сообщения, если таковое имеется, и возвращаемый тип вызывается коллективно подпись операции. Деталь реализации об этих операциях не обязательно знать клиенту.

Многие операции с одним и тем же именем могут иметь разные значения подписи, и многие операции с одной и той же подписью могут имеют различные реализации (с использованием наследования). Эти существуют формы полиморфизма.

Эта подменяемость – другими словами, возможность заменять на время выполнения – называется динамическим связыванием и является одной из основных характеристик объектно-ориентированного программного обеспечения. Объекты с одинаковыми наборами сигнатуры, как говорят, соответствуют общему интерфейсу.

Классы в Паттернах

Определение класса может быть использовано в качестве основы для определения подклассов посредством наследования. Подкласс обладает всеми реализация данных и методов суперкласса вместе с дополнительными данными и методами, относящимися к исключительно к объектам подкласса.

В некоторых случаях, данные подкласса могут затенять данные суперкласса с тем же самым идентификатором, или могут переопределять методы с той же самой подписью. Абстрактный класс – это класс, который не может иметь объекты. Его основная цель – определить общий интерфейс общие для его подклассов. Подклассы уточняют реализации для этих методов абстрактного класса перекрывая их.

Существует различие между наследственностью и соответствием. В Java это называется явно определяется путем расширения класса через наследование, а также путем реализации интерфейса для обеспечения соответствия определенному поведению.

Тип объекта – это определяется его интерфейсами; это определяет сообщения для на что он может ответить или, другими словами, как он может быть использованный. Класс – это тип, но очень разные классы могут иметь один и тот же тип.

Сфера деятельности в Паттернах по разработке: приложения, инструментарий, интегрированные системы

Разработчики программного обеспечения могут оказаться вовлеченными в различные виды деятельности по разработке программного обеспечения. Большинство разработчиков работают о приложениях, предназначенных для использования неспециалистами компьютера пользователи для выполнения задач, имеющих отношение к их конкретной работа.

Однако некоторые разработчики могут быть вовлечены в производство специализированное программное обеспечение, предназначенное для помощи прикладному программному обеспечению разработчики в процессе производства своих приложений. То продукты таких разработчиков по-разному называются инструментариями или фреймворками, в зависимости от сферы применения их применимость.

При разработке приложения необходимо учитывать повторное использование существующего программного обеспечения, а также обеспечение того, чтобы вновь разработанное программное обеспечение легко поддерживать и является само собой разумеющимся многоразовый. Техническое обслуживание само по себе является формой повторного использования программного обеспечения.

Наименьшей единицей повторного использования в объектно-ориентированном программном обеспечении является объект или класс. При повторном использовании класса (например, уточнении с помощью средства подклассования) это называется повторным использованием белого ящика.

Это связано с тем, что видимость: все атрибуты и методы обычно видны пользователю. подклассы. Этот тип повторного использования считается более сложный для разработчиков, потому что он требует понимания о деталях реализации существующего программного обеспечения.

Когда повторное использование является посредством композиции объекта, и мы имеем дело только с интерфейсы-как он может быть использован – это называется повторное использование черного ящика, потому что внутренние детали данного не видны.

Повторное использование черного ящика оказалось гораздо более успешным, чем повторное использование белого ящика. Это менее сложно для разработчиков и делает не мешает инкапсуляции объектов и является поэтому безопаснее использовать.

Наборы инструментов представляют собой набор связанных между собой инструментов и многоразовые классы, предназначенные для обеспечения общего назначения функциональность. Наборы инструментов помогают в процессе разработки не накладывая слишком много ограничений на дизайн. То пакеты в Java, такие как java.net-Ява.util и java.авт есть примеры.

Фреймворки представляют собой повторное использование на гораздо более высокий уровень. Фреймворки представляют собой повторное использование дизайна и являются частично завершенные программные комплексы, предназначенные для конкретного семейство приложений. Одним из примеров фреймворка является Java Collections Framework.

Паттерны, напротив, вовсе не являются частью программного обеспечения. Они являются более абстрактными, предназначенными для использования для многих типов приложения.  

Паттерн – это небольшая коллекция объектов или классов их, которые взаимодействуют друг с другом для достижения какой-то желаемой цели. Каждый шаблон дизайна концентрируется по какому-то аспекту проблемы и большинство систем могут включать в себя много разных узоров.

Классификация паттернов и каталог паттернов

Шаблоны проектирования основаны на практических решениях, которые имеют были успешно реализованы снова и снова. Дизайн паттерны представляют собой средство перехода от анализа / проектирования к проектированию / реализации.

Чтобы помочь разработчикам использовать шаблоны проектирования, каталоги были созданы шаблоны. Каждая запись каталога для шаблона должен содержать следующие четыре основных элемента:

  • Имя шаблона, которое определяет общепринятое значение и представляет собой часть из лексики дизайна.
  • Проблема или семейство проблем и условия, к которым он относится можете применять.
  • Решение, которое является общее описание участвующих классов / объектов и взаимодействует с их ролями и сотрудничеством.
  • Последствия – Каждый паттерн выделяет какой-то аспект системы, а не другие, поэтому полезно уметь анализировать выгоды и ограничения.

Gamma et al классифицируют шаблоны проектирования на три категории в соответствии с назначением. Эти категории являются поведенческими, творческими и структурными. К сожалению, каталог выкроек не стандартизирован, что может привести к некоторой путаницы.

Уровень детализации и абстракции сильно отличается от объектов, единственная ответственность которых заключается в том, чтобы создавать другие для тех, которые создают целые приложения. Нет никакой гарантии, что подходящая модель они всегда будут найдены.

Также может быть, что несколько разных паттерны могут быть использованы для решения конкретной задачи – другими словами другими словами, один паттерн не может представлять собой единственное решение, но это возможное решение.

Таблица 8.1. Шаблоны проектирования в соответствии с Gamma et. Аль.

Поведенческий Творческое начало Структурный
Переводчик фабричный метод Переходник (класс)
Шаблонный Метод Абстрактная Фабрика Адаптер (объект)
Цепочка ответственности Конструктор Мост
Команда Прототип Составной
Итератор Одиночка Оформитель
Посредник Фасад
Momento Flyweight
Наблюдатель Полномочие
Государство
СТРАТЕГИИ
Посетитель

Портлендское Хранилище Шаблонов

Большая коллекция шаблонов дизайна доступна на сайте Портлендский Узор Хранилище . Этот репозиторий размещен на сайте Каннингем & Каннингем, консалтинговая фирма Уорда Каннингем, один из Банды Четырех. Этот сайт также знаменит тем, что является первым Вики-сайтом в интернете.

Поведенческие модели в Паттернах

Поведенческие паттерны требуются, когда операции, которые потребность быть выполненной, не может быть достигнута без сотрудничества. Таким образом поведенческие паттерны концентрируются на пути в котором классы и объекты организуют обязанности для достижения необходимого взаимодействия.

Паттерн наблюдателя – это пример поведенческого паттерна, определяющего некоторую зависимость между объектами.

Наблюдатель шаблон

В некоторых приложениях два или более объектов, которые являются независимо друг от друга должны реагировать на какое-то событие в синхронность. Например любой графический Пользовательский интерфейс (GUI) будет реагировать на щелчок мыши. кнопка мыши или клавиатура, которая вызовет выполнение приложения или утилиты и перерисовать экран соответственно.

Событие щелчка мыши приведет к одному или нескольким событиям. другие объекты отвечают. Каждый из них является иным, независимый. Каждый способен реагировать только на определенные мероприятия.

Другие типичные примеры применений, в которых наблюдатель паттерн может быть использованный:

  • Для интеграции инструментов в среду программирования. Для примера, редактор для создания программного кода может регистрироваться в компиляторе на предмет синтаксических ошибок. Когда компилятор столкнется с такой ошибкой, редактор будет информирован и может прокрутить соответствующую строку кода.
  • Для обеспечения согласованности ограничений, таких как ссылочные целостность для систем управления базами данных.
  • При проектировании пользовательских интерфейсов необходимо отделять представление данных из приложений, которые управляют данные. Например объект электронной таблицы и диаграмма или текстовый отчет может отображать одну и ту же информацию в результате данных приложения в то же время в их различные формы.

Проблема в patterns

Важное отношение, которое необходимо установить, заключается в следующем: между субъектом и наблюдателем . То субъект может наблюдаться любым числом наблюдателей. То наблюдатели должны быть уведомлены, когда тема меняется.

Каждый наблюдатель получит информацию, касающуюся состояние субъекта, с которым можно синхронизировать и позвольте им отвечать в соответствии с требованиями приложения. То ниже кратко излагаются условия:

  • Субъект независим, а наблюдатели независимы.
  • Изменение темы вызовет изменения в наблюдателе, которых может быть много.
  • Объектами, которые будут уведомлены субъектом, являются в остальном независимыми. Они только разделяют в некотором аспекте их поведения.

Рис. 8.8. Диаграмма классов паттерна наблюдателя

Решение

Участвующие классы /объекты:

На диаграмме субъект показан как класс.  Субъект имеет способы прикрепления и отсоединение наблюдателей. Методы показаны на диаграмма в виде addObserver (), deleteObserver () и notifyObservers ().

Наблюдатель имеет обновление интерфейса для объектов, о которых будет сообщено изменения в предмете, здесь показанные как интерфейс с обновлением метода ().

Конкретный предмет, а подкласс предмета, содержит свое состояние (представляющее интерес для наблюдателей), плюс операции по изменению его состояния. Конкретный субъект способен уведомлять своих наблюдателей, когда его состояние изменяется. На диаграмме состояния атрибута и методы getState(), setChanged() предоставляет эту функциональность, а другие методы наследуются от субъекта .

Конкретный наблюдатель сохраняет ссылку на конкретный субъектный объект, а также состояние, которое необходимо поддерживать в соответствии с конкретным предметом. Он реализует интерфейс обновления. На диаграмме конкретный наблюдатель – это класс, который реализует наблюдатель интерфейса. Он предоставляет код для метода update() и имеет observerState для обозначения данных, которые должны держится в соответствии с бетоном Субъект-объект.

Сотрудничества

Конкретные Наблюдатели объекты регистрируются с помощью бетона Объект Subject, используя метод addObserver ().

Когда конкретная тема изменяет состояние он уведомляет конкретные объекты наблюдателя путем выполнение метода notifyObservers ().

Конкретный Наблюдатель объект(ы) получает информацию об измененном состоянии конкретного субъекта и выполните метод update ().

Последствия

Преимущество паттерна состоит в том, что субъект и наблюдатель независимы друг от друга другое, и субъекту не нужно ничего знать об обработке уведомления наблюдателями (то есть, как работает update ()). Это означает, что любой тип широковещательная коммуникация могла бы быть реализована в этом направлении путь.

Созидательные паттерны

Созидательные паттерны управляют процессом создания объекта создание. Эти шаблоны могут быть использованы для обеспечения большего многоразовые конструкции, делая акцент на интерфейсах и а не реализация. Абстрактная фабрика является примером шаблон создания, который может быть использован для создания их более другими словами, адаптируемость:

  • Меньше зависит от конкретных реализаций.
  • Более поддается изменениям и настройке, легче поддается настройке. измените сами объекты.
  • Меньше необходимости менять приложения, которые используют Объекты.

Абстрактная фабрика шаблонов в patterns

Абстрактный фабричный паттерн делает систему независимой от как создаются, составляются и представляются объекты. Так и должно быть быть использованным всякий раз, когда тип или конкретные детали фактического объекта, которые необходимо создать, не могут быть предсказаны в заранее, и поэтому должен определяться динамически.

Только требуемое поведение в них задается в продвижение. Информация, которая может быть использована для создания таковых будет основано на данных, передаваемых при выполнении время. Примеры применения паттерна:

  • Настройка окон, шрифтов и т. д. Для платформы на котором приложение будет работать таким образом, чтобы обеспечить соответствующее форматирование, где бы ни находилось приложение развернутый.
  • Когда приложение указывает все необходимые операции над объектами, которые он будет использовать, но их фактические формат будет определяться динамически.
  • Для интернационализации пользовательских интерфейсов (например, для отображения весь текст на местном языке, чтобы настроить дату формат, чтобы использовать местные денежные символы).

Проблема

Приложение должно быть независимым от того, как его объекты создаются и представляются. Это должно быть возможно настройте приложение для разных целей продукты / платформы. Приложение точно определяет, как это сделать используются объекты (то есть их интерфейсы).

Решение

Участвующий классы / объекты

Абстрактный Заводской класс будет содержать определение операции, необходимые для создания объектов, createProductA (), createProductB ().

Бетонный Завод реализует операции createProductA(), createProductB (). Только один бетонный завод создается на время выполнения, которое будет использоваться для создания объектов продукта

Абстрактный продукт будет объявите интерфейс для типа объекта product для пример определенного типа объекта GUI: метка или окно.

Продукт определит их, созданный бетоном Фабрика 1, реализующая абстрактный интерфейс ProductA.

Использование клиентского приложения только интерфейсы из абстрактной фабрики и абстрактных классов продуктов.

Рис. 8.9. Диаграмма классов для абстрактного фабричного шаблона


Последствия

Различные конфигурации продукта могут быть использованы путем замены бетонный завод Ан использование приложения. Это и выгода, и ответственность, потому что для каждой платформы или семейства продуктов необходим новый подкласс бетонного завода быть определенным.

Однако изменения будут носить широкий характер ограничившись определением подклассов абстрактной фабрики и абстрактного продукта, тем самым ограничившись изменения в программном обеспечении в хорошо документированных местах.

Структурная схема в patterns

Эти паттерны имеют дело с составом сложных объектов. Подобная функциональность часто может быть достигнута с помощью делегирование и композиция вместо наследования. Образец структурным паттерном является композитный паттерн. На Яве API, этот шаблон используется для организации графического интерфейса с помощью AWT объекты и менеджеры макетов.

Композит шаблон

Паттерн предполагает создание сложных объектов из простые детали, использующие отношения наследования и агрегирования чтобы сформировать древовидные иерархии.

На диаграмме композитный паттерн показан как рекурсивный структура, в которой компонент может быть либо листом (который имеет нет собственных субкомпонентов) или композита (который может иметь любое количество дочерних компонентов).

Класс компонента определяет единый интерфейс, через который клиенты могут получить доступ и манипулируйте композитными структурами. На диаграмме это выглядит следующим образом представлен абстрактным методом operation ().

Рис. 8.10. Диаграмма классов составного паттерна

 

 

Проблема

Сложные объекты нужно создавать, но композиция и его составные части должны быть обработаны равномерно.

Решение

Участвующий классы / объекты

Компонент должен объявите интерфейс для них в композиции, а также интерфейсы для доступа и управления своим дочерним устройством Компоненты.

Композит определит поведение для компонентов с детьми, и реализует дочерние интерфейсы.

Клиентское Приложение манипулирует объектами через интерфейс компонента с помощью метод operation (). Если объектом манипулирования является это будет лист. обрабатывается непосредственно , если это композитный запрос, то он будет пересылается ребенку

Последствия

Паттерн обеспечивает равномерное взаимодействие с объектами в композитная структура через класс компонентов.

Определяет иерархии, состоящие из простых объектов и составные они же, которые сами могут быть составлены и т. на.

Это облегчает добавление или удаление компонентов.

Скачать курс Паттерны в объектно-ориентированном программировании

О курсе можно узнать по ссылке ниже

https://www.specialist.ru/course/pattern

Как использовать шаблон дизайна в patterns

  • Обратитесь к каталогам шаблонов проектирования для получения дополнительной информации (например, портлендское хранилище шаблонов, обсуждавшееся ранее). Вы возможно, вы найдете пример или описание, которые могут подсказать вам следующее: шаблон стоит рассмотреть.
  • Попробуйте изучить предложенное решение с точки зрения участвующие объекты / классы, условия и описание сотрудничества.
  • Если примеры этих паттернов являются частью инструментария, возможно, будет полезно изучить имеющиеся Информация. Ява например, util поддерживает шаблон наблюдателя.
  • Дайте участникам имена объектов, соответствующие вашим требованиям. контекст приложения.
  • Нарисуйте диаграмму классов, показывающую классы, их необходимые связи, операции и переменные, которые необходимы чтобы шаблон работал.
  • Измените имена операций и переменных подходит для вашего приложения.
  • Попробуйте этот шаблон, Протестировав пример скелета.
  • В случае успеха доработайте и внедрите его.
  • Рассмотрим альтернативные решения и solid паттерны проектирования.

5 2 голоса

Рейтинг статьи

Шаблоны проектирования «банды четырёх (GoF)» — bool.dev

Что такое паттерны проектирования?

Паттернами проектирования (Design Patterns) называют решения часто встречающихся проблем в области разработки программного обеспечения. В данном случае предполагается, что есть некоторый набор общих формализованных проблем, которые довольно часто встречаются, и паттерны предоставляют ряд принципов для решения этих проблем.

Концепцию паттернов впервые описал Кристофер Александер в книге «Язык шаблонов. Города. Здания. Строительство».

Идея показалась привлекательной авторам Эриху Гамму, Ричарду Хелму, Ральфу Джонсону и Джону Влиссидесу, их принято называть «бандой четырёх» (Gang of Four). В 1995 году они написали книгу «Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software», в которой применили концепцию типовых паттернов в программировании. В книгу вошли 23 паттерна, решающие различные проблемы объектно-ориентированного дизайна.

Зачем знать паттерны?

Самое главная причина — паттерны упрощают проектирование и поддержку программ.

  • Проверенные решения.

    Ваш код более предсказуем когда вы используете готовые решения, вместо повторного изобретения велосипеда.

  • Стандартизация кода.

    Вы делаете меньше ошибок, так как используете типовые унифицированные решения, в которых давно найдены все скрытые проблемы.

  • Общий язык.

    Вы произносите название паттерна, вместо того, чтобы час объяснять другим членам команды какой подход вы придумали и какие классы для этого нужны.

Каталог шаблонов проектирования

Порождающие паттерны:

Порождающие паттерны — это паттерны, которые абстрагируют процесс инстанцирования или, иными словами, процесс порождения классов и объектов. Среди них выделяются следующие:

  1. Абстрактная фабрика (Abstract Factory)
  2. Строитель (Builder)
  3. Фабричный метод (Factory Method)
  4. Прототип (Prototype)
  5. Одиночка (Singleton)

Структурные паттерны:

Структурные паттерны — рассматривает, как классы и объекты образуют более крупные структуры — более сложные по характеру классы и объекты. К таким шаблонам относятся:

  1. Адаптер (Adapter)
  2. Мост (Bridge)
  3. Компоновщик (Composite)
  4. Декоратор (Decorator)
  5. Фасад (Facade)
  6. Приспособленец (Flyweight)
  7. Заместитель (Proxy)

Поведенческие паттерны:

Поведенческие паттерны — они определяют алгоритмы и взаимодействие между классами и объектами, то есть их поведение. Среди подобных шаблонов можно выделить следующие:

  1. Цепочка обязанностей (Chain of responsibility)
  2. Команда (Command)
  3. Интерпретатор (Interpreter)
  4. Итератор (Iterator)
  5. Посредник (Mediator)
  6. Хранитель (Memento)
  7. Наблюдатель (Observer)
  8. Состояние (State)
  9. Стратегия (Strategy)
  10. Шаблонный метод (Template method)
  11. Посетитель (Visitor)

Паттерны проектирования — это. .. Что такое Паттерны проектирования?

Шаблоны проектирования (паттерн, англ. design pattern) — это многократно применяемая архитектурная конструкция, предоставляющая решение общей проблемы проектирования в рамках конкретного контекста и описывающая значимость этого решения. Паттерн не является законченным образцом проекта, который может быть прямо преобразован в код, скорее это описание или образец для того, как решить задачу, таким образом, чтобы это можно было использовать в различных ситуациях. Объектно-ориентированные шаблоны зачастую показывают отношения и взаимодействия между классами или объектами, без определения того, какие конечные классы или объекты приложения будут использоваться. Алгоритмы не рассматриваются как шаблоны, так как они решают задачи вычисления, а не проектирования.

Архитектура

В 70-х годах двадцатого века архитектор Кристофер Александр (Christopher Alexander) составил набор шаблонов проектирования. В области архитектуры эта идея не получила такого развития, как позже в области программной разработки.

Проектирование компьютерных программ

История

В 1987 году Кент Бэк (Kent Beck) и Вард Каннигем (Ward Cunningham) взяли идеи Александера и разработали шаблоны применительно к разработке программного обеспечения для разработки графических оболочек на языке Эрих Гамма (Erich Gamma) начал писать докторскую работу при цюрихском университете об общей переносимости этой методики на разработку программ.

В 1989—1991 годах Джеймс Коплин (James Coplien) трудился над разработкой идиом для программирования на C++ и опубликовал в 1991 году книгу Advanced C++ Idioms.

В этом же году Эрих Гамма заканчивает свою докторскую работу и переезжает в США, где в сотрудничестве с Ричардом Хелмом (Richard Helm), Ральфом Джонсоном (Ralph Johnson) и Джоном Влиссидсом (John Vlissides) публикует книгу Design Patterns — Elements of Reusable Object-Oriented Software. В этой книге описаны 23 шаблона проектирования. Также команда авторов этой книги известна общественности под названием Банда четырёх (англ. Gang of Four, часто сокращается до GoF). Именно эта книга стала причиной роста популярности шаблонов проектирования.

Польза

Главная польза каждого отдельного шаблона состоит в том, что он описывает решение целого класса абстрактных проблем. Также тот факт, что каждый шаблон имеет свое имя, облегчает дискуссию об абстрактных структурах данных (ADT) между разработчиками, так как они могут ссылаться на известные шаблоны. Таким образом, за счёт шаблонов производится унификация терминологии, названий модулей и элементов проекта.

Правильно сформулированный паттерн проектирования позволяет, отыскав удачное решение, пользоваться им снова и снова.

В отличие от идиом, шаблоны независимы от применяемого языка программирования.

Критика

Иногда шаблоны консервируют громоздкую и малоэффективную систему понятий, разработанную узкой группой. Когда количество шаблонов возрастает, превышая критическую сложность, исполнители начинают игнорировать шаблоны и всю систему, с ними связанную.

Нередко шаблонами заменяется отсутствие или недостаточность документации в сложной программной среде.

Есть мнение, что слепое применение шаблонов из справочника, без осмысления причин и предпосылок выделения каждого отдельного шаблона, замедляет профессиональный рост программиста, так как подменяет творческую работу механическим подставлением шаблонов. Люди, придерживающиеся данного мнения, считают, что знакомиться со списками шаблонов надо тогда, когда «дорос» до них в профессиональном плане — и не раньше. Хороший критерий нужной степени профессионализма — выделение шаблонов самостоятельно, на основании собственного опыта. При этом, разумеется, знакомство с теорией, связанной с шаблонами, полезно на любом уровне профессионализма и направляет развитие программиста в правильную сторону. Сомнению подвергается только использование шаблонов «по справочнику».

Шаблоны могут пропагандировать плохие стили разработки приложений, и зачастую слепо применяются.

Для преодоления этих недостатков используется рефакторинг.

Основные типы шаблонов проектирования

Основные шаблоны (Fundamental)

Порождающие шаблоны проектирования

Структурные шаблоны (Structural)

Поведенческие шаблоны (Behavioral)

Шаблоны параллельного программирования (Concurrency)

  • Active Object
  • Balking
  • Double checked locking
  • Guarded suspension
  • Half-Sync/Half-Async
  • Leaders/followers
  • Monitor Object
  • Reactor
  • Read write lock
  • Scheduler
  • Thread pool
  • Thread-Specific Storage
  • Single Thread Execution

MVC

  • Enterprise

    Unsorted

    • Property Container
    • Event Channel
    • Repository/Хранилище

    Другие типы шаблонов

    Также на сегодняшний день существует ряд других шаблонов:

    • Carrier Rider Mapper, предоставление доступа к хранимой информации
    • аналитические шаблоны, описывают основной подход для составления требований для программного обеспечения (requirement analysis) до начала самого процесса программной разработки
    • коммуникационные шаблоны, описывают процесс общения между отдельными участниками/сотрудниками организации
    • организационные шаблоны, описывают организационную иерархию предприятия/фирмы
    • Анти-паттерны (Anti-Design-Patterns) описывают как не следует поступать при разработке программ, показывая характерные ошибки в дизайне и в реализации.

    См. также

    • Анти-паттерн
    • Шаблоны J2EE
    • Dependency Injection
    • Обобщённое программирование
    • Шаблоны C++
    • Ссылки

      Литература

      • Э. Гамма, Р. Хелм, Р. Джонсон, Дж. Влиссидес Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования = Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software. — СПб: «Питер», 2007. — С. 366. — ISBN 978-5-469-01136-1 (также ISBN 5-272-00355-1)
      • Крэг Ларман Применение UML 2.0 и шаблонов проектирования = Applying UML and Patterns : An Introduction to Object-Oriented Analysis and Design and Iterative Development. — М.: «Вильямс», 2006. — С. 736. — ISBN 0-13-148906-2
      • Мартин Фаулер Архитектура корпоративных программных приложений = Patterns of Enterprise Application Architecture (Addison-Wesley Signature Series). — М.: «Вильямс», 2007. — С. 544. — ISBN 0-321-12742-0
      • Джошуа Кериевски Рефакторинг с использованием шаблонов (паттернов проектирования) = Refactoring to Patterns (Addison-Wesley Signature Series). — М.: «Вильямс», 2006. — С. 400. — ISBN 0-321-21335-1
      • Скотт В. Эмблер, Прамодкумар Дж. Садаладж Рефакторинг баз данных: эволюционное проектирование = Refactoring Databases: Evolutionary Database Design (Addison-Wesley Signature Series). — М.: «Вильямс», 2007. — С. 368. — ISBN 0-321-29353-3

      шаблоны проектирования

      порождающие шаблоны | шаблоны поведения | структурные шаблоны | шаблоны параллельного программирования

       

Wikimedia Foundation. 2010.

Что такое шаблон дизайна в Java? | Преимущества

Введение в шаблон проектирования в Java

Шаблоны проектирования

— очень популярный метод решения проблем среди разработчиков программного обеспечения. Он содержит все решения для типичных программных проблем, возникающих при разработке и проектировании программного обеспечения, и имеет хорошо описанные решения.

Коды — это многократно используемая форма решения проблемы. Они введены архитектором Кристофером Александром и используются в качестве передовых методов для разработчиков программного обеспечения в других областях, чтобы решать часто встречающиеся проблемы при создании программного обеспечения.Он гибкий и содержит шаблоны, которые необходимо решить при проектировании системы или приложений.

Что такое шаблон проектирования в Java

  • Он используется опытными разработчиками объектно-ориентированного программного обеспечения для гибкого кодирования и повторного использования кодов, а также для добавления новых кодов в существующие коды для обновления версий. В нем есть решения для всех общих проблем, с которыми сталкиваются инженеры-программисты. Их применяют методом проб и ошибок многочисленные разработчики в течение определенного периода времени.
  • Используя язык JAVA, мы можем проектировать и разрабатывать несколько приложений и программного обеспечения наряду с лучшими практиками, следуя рабочему процессу шаблона проектирования.

Понимание шаблона проектирования в Java

Существуют различные творческие, структурные и поведенческие способы разработки шаблонов для предоставления решений в форме создания экземпляра объекта наилучшим образом для конкретных ситуаций на основе типа структуры шаблона. Различных типов выкройки

1. Одиночный шаблон

Он ограничивает создание экземпляра класса только одним классом экземпляра, существующим в виртуальной машине Java. Одновременная обработка одного класса экземпляра на машине проста для разработки шаблонов, но когда дело доходит до реализации проблем, многие разработчики используют другой стиль решения проблем, чтобы знать больше деталей, разработчик должен знать все способы реализации шаблона Singleton, плюсы и минусы каждого метода, которые являются наиболее обсуждаемыми шаблонами проектирования Java.

2. Заводской образец

Он основан на входных данных от клиентов, которые мы создаем или имеем суперкласс с его многочисленными подклассами. Это наиболее широко используемый шаблон проектирования Java, поскольку он берет на себя ответственность за создание экземпляра класса из клиентской программы в функциональный класс. Этот шаблон позволяет применять шаблон Singleton к классу фабрики или даже сделать класс фабрики статическим.

3. Абстрактный узор фабрики

Он похож на factory и может содержать много фабрик, мы можем спроектировать множество фабрик и отношений с помощью шаблона проектирования на java.Простой фабричный класс и множество подклассов, основанных на вводе, обеспечивает и

Что такое шаблон проектирования?

Шаблоны проектирования — это типичные решения часто возникающих проблем при разработке программного обеспечения. Они похожи на готовые чертежи, которые вы можете настроить для решения повторяющейся проблемы дизайна в вашем коде.

Вы не можете просто найти шаблон и скопировать его в свою программу, как это можно сделать с помощью стандартных функций или библиотек. Шаблон — это не конкретный фрагмент кода, а общая концепция решения конкретной проблемы.Вы можете проследить детали шаблона и реализовать решение, которое соответствует реалиям вашей собственной программы.

Шаблоны часто путают с алгоритмами, поскольку обе концепции описывают типовые решения некоторых известных проблем. В то время как алгоритм всегда определяет четкий набор действий, которые могут достичь определенной цели, шаблон — это более высокоуровневое описание решения. Код одного и того же шаблона, примененный к двум разным программам, может быть различным.

Аналогом алгоритма является рецепт приготовления: у обоих есть четкие шаги для достижения цели.С другой стороны, паттерн больше похож на план: вы можете видеть результат и его особенности, но точный порядок реализации зависит от вас.

Из чего состоит выкройка?

Большинство паттернов описаны очень формально, поэтому люди могут воспроизводить их во многих контекстах. Вот разделы, которые обычно присутствуют в описании паттерна:

  • Намерение шаблона кратко описывает проблему и решение.
  • Мотивация далее объясняет проблему и решение, которое делает возможным шаблон.
  • Структура классов показывает каждую часть шаблона и то, как они связаны.
  • Пример кода на одном из популярных языков программирования упрощает понимание идеи, лежащей в основе шаблона.

В некоторых каталогах шаблонов перечислены другие полезные детали, такие как применимость шаблона, этапы реализации и отношения с другими шаблонами.

Функциональные шаблоны проектирования, часть 1

Функциональное мышление

Как паттерны проявляются в функциональном мире

Neal Ford
Опубликовано 6 марта 2012 г.

Серия материалов:

Этот контент является частью # из серии: Функциональное мышление

http: // www.ibm.com/developerworks/views/java/libraryview.jsp?search_by=functional+thinking:

Следите за дополнительными материалами этой серии.

Этот контент является частью серии: Функциональное мышление

Следите за дополнительными материалами в этой серии.

Об этой серии

Эта серия направлен на переориентацию вашего взгляда на функциональное мышление, помогая вам по-новому взглянуть на общие проблемы и найти способы улучшить повседневное кодирование.В нем исследуются концепции функционального программирования, структуры, позволяющие выполнять функциональное программирование на языке Java ™, языки функционального программирования, работающие на JVM, а также некоторые перспективные направления языкового дизайна. Эта серия ориентирована на разработчиков, которые знают Java и принципы работы ее абстракций, но практически не имеют опыта использования функционального языка.

Некоторые представители функционального мира утверждают, что концепция шаблона проектирования ошибочна и не нужна в функциональном программировании.В пользу этого представления можно привести узкое определение шаблона , но это скорее аргумент о семантике, чем об использовании. Концепция шаблона проектирования — именованное, каталогизированное решение общей проблемы — жива и здорова. Однако в разных парадигмах паттерны иногда принимают разные обличья. Поскольку строительные блоки и подходы к проблемам в функциональном мире различаются, некоторые из традиционных шаблонов «Банда четырех» (см. Раздел «Ресурсы») исчезают, в то время как другие сохраняют проблему, но решают ее радикально иначе.В этой и следующей частях исследуются некоторые традиционные шаблоны проектирования и их функциональное переосмысление.

В мире функционального программирования традиционные шаблоны проектирования обычно проявляются одним из трех способов:

  • Рисунок усваивается языком.
  • Шаблонное решение все еще существует в функциональной парадигме, но детали реализации различаются.
  • Решение реализовано с использованием возможностей, которых нет в других языках или парадигмах.(Например, многие решения, использующие метапрограммирование, чисты и элегантны — и это невозможно в Java.)

Я исследую эти три случая по очереди, начав в этой статье с некоторых знакомых шаблонов, большинство из которых полностью или частично используются в современных языках.

Фабрики и каррирование

Каррирование — это функция многих функциональных языков. Названный в честь математика Хаскелла Карри (в честь которого также назван язык программирования Haskell), каррирование преобразует функцию с несколькими аргументами, чтобы ее можно было вызывать как цепочку функций с одним аргументом.Тесно связано частичное приложение , метод присвоения фиксированного значения одному или нескольким аргументам функции, тем самым создавая другую функцию с меньшей арностью . (Арность — это количество параметров функции.) Я обсуждал оба метода в «Функциональном мышлении, часть 3».

В контексте шаблонов проектирования каррирование действует как фабрика для функций. Обычный особенность языков функционального программирования — это функции первого класса (или высшего порядка), которые позволяют функциям действовать как любая другая структура данных.Благодаря этой функции я могу легко создавать функции, которые возвращают другие функции на основе некоторого критерия, который является сущностью фабрики. Например, если у вас есть общая функция, которая складывает два числа, вы можете использовать каррирование как фабрику, чтобы создать функцию, которая всегда добавляет единицу к своему параметру — инкремент, как показано в листинге 1, реализованный в Groovy:

Листинг 1. Каррирование как фабрика функций
 def adder = {x, y -> return x + y}
def incrementer = adder.curry (1)

println "increment 7: $ {incrementer (7)}" // выводит "приращение 7: 8" 

В листинге 1 я картирую первый параметр как 1 , возвращая функцию, которая принимает единственный параметр.По сути, я создал фабрику функций.

Когда ваш язык изначально поддерживает такое поведение, он, как правило, используется в качестве строительного блока для других вещей, больших и малых. Например, рассмотрим пример Scala, показанный в листинге 2:

Листинг 2. «Случайное» использование Scala каррирования
 объекта CurryTest extends Application {

  def filter (xs: List [Int], p: Int => Boolean): List [Int] =
    если (xs.isEmpty) xs
    иначе, если (p (xs.head)) xs.head :: filter (xs.хвост, р)
    иначе фильтр (xs.tail, p)

  def dividesBy (n: Int) (x: Int) = ((x% n) == 0)

  val nums = Список (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)
  println (фильтр (числа, делит по (2)))
  println (фильтр (числа, делит по (3)))
} 

Код в листинге 2 является одним из примеров рекурсии и каррирование из документации Scala (см. Ресурсы). Метод filter () рекурсивно фильтрует список целых чисел с помощью параметра p . p — это функция предиката — общий термин в функциональном мире для булевой функции.Метод filter () проверяет, пуст ли список, и, если это так, просто возвращает; в противном случае он проверяет первый элемент в списке ( xs.head ) с помощью предиката, чтобы увидеть, следует ли его включить в отфильтрованный список. Если он передает предикат, возвращается новый список с головой впереди и отфильтрованным хвостом в качестве остатка. Если первый элемент не проходит проверку предиката, возвращаемым значением становится только отфильтрованный остаток списка.

Что интересно в листинге 2 с точки зрения шаблонов, так это «случайное» использование каррирования в методе dividesBy () .Обратите внимание, что dividesBy () принимает два параметра и возвращает true или false в зависимости от того, делится ли второй параметр равномерно на первый. Однако когда этот метод вызывается как часть вызова метода filter () , он вызывается только с одним параметром, результатом которого является каррированная функция, которая затем используется в качестве предиката в фильтре () метод.

Этот пример иллюстрирует первые два способа проявления шаблонов в функциональном программировании, как я перечислил в начале этой статьи.Во-первых, каррирование встроено в язык или среду выполнения, поэтому концепция фабрики функций укоренилась и не требует дополнительной структуры. Во-вторых, это иллюстрирует мою точку зрения о различных реализациях. Использование каррирования, как в листинге 2, вероятно, никогда не придет в голову типичному программисту Java; у нас никогда не было переносимого кода и, конечно, никогда не думали о создании конкретных функций из более общих. На самом деле, есть вероятность, что большинство разработчиков с императивом не подумают об использовании здесь шаблона проектирования, потому что создание конкретного метода dividesBy () из общего метода кажется небольшой проблемой, тогда как шаблоны проектирования — полагаясь в основном на структуру для решения проблемы и, следовательно, требующие больших накладных расходов для реализации — кажутся решениями больших проблем.Использование каррирования по назначению не оправдывает формальности специального имени, отличного от того, которое у него уже есть.

Первоклассные функции и шаблоны проектирования

Наличие первоклассных функций значительно упрощает многие часто используемые шаблоны проектирования. (Шаблон проектирования Command даже исчезает, потому что вам больше не нужна оболочка объекта для переносимой функциональности.)

Шаблонный метод

Первоклассные функции упрощают реализацию шаблона проектирования Template Method (см. Раздел Ресурсы), поскольку они удаляют потенциально ненужную структуру.Шаблонный метод определяет каркас алгоритма в методе, перекладывая некоторые шаги на подклассы и заставляя их определять эти шаги без изменения структуры алгоритма. Типичная реализация шаблонного метода представлена ​​в листинге 3 в Groovy:

Листинг 3. «Стандартная» реализация шаблонного метода
 абстрактный класс Customer {
  план определения
    
  def Customer () {
    план = []
  }
    
  def абстрактный checkCredit ()
  def абстрактный checkInventory ()
  def абстрактный корабль ()
    
  def process () {
    checkCredit ()
    посмотри инвентарь()
    корабль()
  }
} 

В листинге 3 метод process () основан на методах checkCredit () , checkInventory () и ship () , определения которых должны предоставляться подклассами, поскольку они являются абстрактными методами.

Поскольку функции первого класса могут действовать как любая другая структура данных, я могу переопределить пример в листинге 3, используя блоки кода, как показано в листинге 4:

Листинг 4. Шаблонный метод с функциями первого класса
 class CustomerBlocks {
  план def, checkCredit, checkInventory, отгрузка
    
  def CustomerBlocks () {
    план = []
  }
    
  def process () {
    checkCredit ()
    посмотри инвентарь()
    корабль()
  }
}

class UsCustomerBlocks расширяет CustomerBlocks {
  def UsCustomerBlocks () {
    checkCredit = {план.добавить "проверка кредита клиента из США"}
    checkInventory = {plan.add "проверка складов в США"}
    ship = {plan.add "Доставка на адрес в США"}
  }
} 

В листинге 4 шаги алгоритма — это просто свойства класса, присваиваемые, как и любое другое свойство. Это пример, в котором функция языка в основном поглощает детали реализации. По-прежнему полезно говорить об этом шаблоне как о решении проблемы (откладывание действий до последующих обработчиков), но его реализация проще.

Эти два решения не эквивалентны. В «традиционном» примере шаблонного метода в листинге 3 абстрактный класс требует подклассов для реализации зависимых методов. Конечно, подкласс может просто создать пустое тело метода, но определение абстрактного метода формирует своего рода документацию, напоминающую подклассам о необходимости принять это во внимание. С другой стороны, жесткость объявлений методов может не подходить в ситуациях, когда требуется большая гибкость. Например, я мог бы создать версию моего класса Customer , который принимает любой список методов для обработки.

Глубокая поддержка таких функций, как блоки кода, делает языки удобными для разработчиков. Рассмотрим случай, когда вы хотите разрешить подклассам пропускать некоторые шаги. Groovy имеет специальный оператор защищенного доступа (?. ), который проверяет, что объект не равен нулю, перед вызовом для него метода. Рассмотрим определение process () в листинге 5:

Листинг 5. Добавление защиты к вызову блока кода
 def process () {
  checkCredit? .call ()
  посмотри инвентарь?.вызов()
  корабль? .call ()
} 

В листинге 5 любой, кто реализует подкласс, может выбрать, какой из дочерних методов назначить код, оставив остальные пустыми.

Стратегия

Еще один популярный шаблон проектирования, упрощенный первоклассными функциями, — это шаблон стратегии. Стратегия определяет семейство алгоритмов, инкапсулируя каждый из них и делая их взаимозаменяемыми. Это позволяет алгоритму изменяться независимо от клиентов, которые его используют. Первоклассные функции упрощают создание стратегий и управление ими.

Традиционная реализация шаблона проектирования Strategy для вычисления произведений чисел представлена ​​в листинге 6:

Листинг 6. Использование шаблона проектирования Стратегия для продуктов с двумя номерами
 interface Calc {
  def product (n, m)
}

class CalcMult реализует Calc {
  def product (n, m) {n * m}
}

class CalcAdds реализует Calc {

  def product (n, m) {
    def result = 0
    n.times {
      результат + = m
    }
    результат
  }
} 

В листинге 6 я определяю интерфейс для произведения двух чисел.Я реализую интерфейс с двумя разными конкретными классами (стратегиями): один использует умножение, а другой — сложение. Чтобы проверить эти стратегии, я создаю тестовый пример, показанный в листинге 7:

Листинг 7. Тестирование продуктовых стратегий
 class StrategyTest {
  def listOfStrategies = [новый CalcMult (), новый CalcAdds ()]

  @Контрольная работа
  public void product_verifier () {
    listOfStrategies.each {s ->
      assertEquals (10, s.product (5, 2))
    }
  }
} 

Как и ожидалось в листинге 7, обе стратегии возвращают одно и то же значение.Используя блоки кода в качестве первоклассных функций, я могу сократить большую часть церемонии из предыдущего примера. Рассмотрим случай стратегии возведения в степень, показанный в листинге 8:

Листинг 8. Тестирование возведения в степень без церемоний
 @Test
public void exp_verifier () {
  def listOfExp = [
      {i, j -> Math.pow (i, j)},
      {i, j ->
        def result = я
        (j-1) .times {результат * = i}
        результат
      }]

  listOfExp.each {e ->
    assertEquals (32, e (2, 5))
    assertEquals (100, e (10, 2))
    assertEquals (1000, e (10, 3))
  }
} 

В листинге 8 я определяю две стратегии возведения в степень непосредственно в строке, используя блоки кода Groovy.Как и в примере с шаблоном, я предпочитаю формальность удобству. Традиционный подход требует названия и структуры вокруг каждой стратегии, что иногда желательно. Однако обратите внимание, что у меня есть возможность добавить более строгие меры защиты к коду в листинге 8, тогда как я не могу легко обойти ограничения, налагаемые более традиционным подходом, который больше похож на динамический аргумент против статического, чем на функциональный. -программирование против шаблонов проектирования.

Паттерны, на которые влияет присутствие первоклассных функций, в основном являются примерами паттернов, усваиваемых языком.Далее я покажу тот, который сохраняет семантику, но меняет реализацию.

Легковес и мемоизация

Шаблон Flyweight — это метод оптимизации, который использует совместное использование для поддержки большого количества точных ссылок на объекты. Вы сохраняете доступным пул объектов, создавая ссылки в пул для определенных представлений. Легковес использует идею канонического объекта — единственного репрезентативного объекта, который представляет все другие объекты этого типа. Например, если у вас есть конкретный потребительский продукт, каноническая версия продукта представляет все продукты этого типа.В приложении вместо создания списка продуктов для каждого пользователя вы создаете один список канонических продуктов, и каждый пользователь имеет ссылку на этот список для своего продукта.

Рассмотрим классы в листинге 9, моделирующие типы компьютеров:

Листинг 9. Простые классы, моделирующие типы компьютеров
 class Computer {
  тип определения
  def cpu
  def память
  def жесткий диск
  def cd
}

class Desktop расширяет Computer {
  def driveBays
  def вентилятор
  def videoCard
}

class Laptop расширяет Computer {
  def usbPorts
  def dockingBay
}

class AssignedComputer {
  def computerType
  def userId

  public AssignedComputer (computerType, userId) {
    этот.computerType = computerType
    this.userId = userId
  }
} 

В этих классах предположим, что неэффективно создавать новый экземпляр Computer для каждого пользователя, предполагая, что все компьютеры имеют одинаковые характеристики. Назначенный компьютер связывает компьютер с пользователем.

Обычный способ сделать этот код более эффективным сочетает в себе шаблоны Factory и Flyweight. Рассмотрим одноэлементную фабрику для генерации канонических типов компьютеров, показанную в листинге 10:

Листинг 10.Singleton factory для экземпляров легковесных компьютеров
 class ComputerFactory {
  def types = [:]
  статический экземпляр def;
  
  private ComputerFactory () {
    def laptop = новый ноутбук ()
    def tower = новый рабочий стол ()
    types.put («MacBookPro6_2», ноутбук)
    types.put ("SunTower", башня)
  }

  static def getInstance () {
    если (экземпляр == нуль)
      instance = new ComputerFactory ()
    пример
  }

  def ofType (компьютер) {
    типы [компьютер]
  }
} 

Класс ComputerFactory создает кэш возможных типов компьютеров, а затем доставляет нужный экземпляр с помощью своего метода ofType () .Это традиционная одноэлементная фабрика, как если бы вы написали ее на Java.

Однако синглтон также является шаблоном проектирования (см. Раздел Ресурсы) и служит еще одним хорошим примером шаблона, поглощенного средой выполнения. Рассмотрим упрощенный ComputerFactory с использованием аннотации @Singleton , предоставленной Groovy, показанной в листинге 11:

Листинг 11. Упрощенная фабрика одиночных элементов
 @Singleton class ComputerFactory {
  def types = [:]
  
  private ComputerFactory () {
    def laptop = новый ноутбук ()
    def tower = новый рабочий стол ()
    типы.поставил ("MacBookPro6_2", ноутбук)
    types.put ("SunTower", башня)
  }

  def ofType (компьютер) {
    типы [компьютер]
  }
} 

Чтобы проверить, что фабрика возвращает канонические экземпляры, я пишу модульный тест, показанный в листинге 12:

Листинг 12. Тестирование канонических типов
 @Test
public void flyweight_computers () {
  def bob = новый назначенный компьютер (ComputerFactory.instance.ofType ("MacBookPro6_2"), "Боб")
  def steve = новый назначенный компьютер (ComputerFactory.instance.ofType ("MacBookPro6_2"),
  «Стив») assertTrue (боб.computerType == steve.computerType)
} 

Сохранение общей информации между экземплярами — хорошая идея, и я хочу сохранить эту идею, когда перехожу к функциональному программированию. Однако детали реализации совершенно разные. Это пример сохранения семантики шаблона при изменении (предпочтительно, упрощении) реализации.

В последней статье я рассмотрел мемоизацию , встроенную в язык программирования функцию, которая обеспечивает автоматическое кэширование повторяющихся значений, возвращаемых функцией.Другими словами, мемоизированная функция позволяет среде выполнения кэшировать значения за вас. Последние версии Groovy поддерживают мемоизацию (см. Раздел Ресурсы). Рассмотрим функции, определенные в листинге 13:

Листинг 13. Запоминание маховиков
 def computerOf = {type ->
  def of = [MacBookPro6_2: новый ноутбук (), SunTower: новый рабочий стол ()]
  возврат [тип]
}

def computerOfType = computerOf.memoize () 

В листинге 13 канонические типы определены в функции computerOf .Чтобы создать мемоизированный экземпляр функции, я просто вызываю метод memoize () , определенный средой выполнения Groovy.

В листинге 14 показан модульный тест, сравнивающий вызов двух подходов:

Листинг 14. Сравнение подходов
 @Test
public void flyweight_computers () {
  def bob = новый назначенный компьютер (ComputerFactory.instance.ofType ("MacBookPro6_2"), "Боб")
  def steve = новый назначенный компьютер (ComputerFactory.instance.ofType ("MacBookPro6_2"),
  «Стив») утверждают Истинный боб.computerType == steve.computerType

  def sally = new AssignedComputer (computerOfType ("MacBookPro6_2"), "Салли")
  def betty = новый назначенный компьютер (computerOfType ("MacBookPro6_2"), "Бетти")
  assertTrue sally.computerType == betty.computerType
} 

Конечный результат тот же, но обратите внимание на огромную разницу в деталях реализации. Для «традиционного» шаблона проектирования я создал новый класс, который действует как фабрика, реализующий два шаблона. Для функциональной версии я реализовал единственный метод, а затем вернул мемоизированную версию.Выгрузка таких деталей, как кэширование, в среду выполнения означает меньше возможностей для сбоев написанных вручную реализаций. В этом случае я сохранил семантику шаблона Flyweight, но с очень простой реализацией.

Заключение

В этой статье я представил три способа, которыми семантика шаблонов проектирования проявляется в функциональном программировании. Во-первых, они могут быть поглощены языком или средой выполнения. Я показал примеры этого, используя шаблоны Factory, Strategy, Singleton и Template Method.Во-вторых, шаблоны могут сохранять свою семантику, но имеют совершенно разные реализации; Я показал пример паттерна Легковес с использованием классов в сравнении с использованием мемоизации. В-третьих, функциональные языки и среды выполнения могут иметь совершенно разные функции, что позволяет им решать проблемы совершенно разными способами.

В следующей статье я продолжу исследование пересечения шаблонов проектирования и функционального программирования и покажу примеры третьего подхода.

Ресурсы для загрузки
Связанные темы

40 Базовые методы программирования на языке ассемблера

Содержание

Введение

Ассемблер — это язык программирования низкого уровня для нишевых платформ, таких как IoT, драйверы устройств и встроенные системы.Обычно это тот язык, который студенты, изучающие информатику, должны использовать в своей курсовой работе и редко используют в своей будущей работе. Согласно индексу сообщества программистов TIOBE, в последнее время в рейтингах самых популярных языков программирования язык ассемблера постоянно растет.

В первые дни, когда приложение было написано на языке ассемблера, оно должно было умещаться в небольшом объеме памяти и работать с максимальной эффективностью на медленных процессорах. Когда памяти становится много и скорость процессора резко возрастает, мы в основном полагаемся на языки высокого уровня с готовыми структурами и библиотеками в разработке.При необходимости можно использовать язык ассемблера для оптимизации критических секций по скорости или для прямого доступа к непереносимому оборудованию. Сегодня ассемблер по-прежнему играет важную роль в проектировании встроенных систем, где эффективность производительности по-прежнему считается важным требованием.

В этой статье мы поговорим о некоторых основных критериях и навыках программирования, характерных для программирования на ассемблере. Кроме того, следует обратить внимание на скорость выполнения и потребление памяти. Я проанализирую несколько примеров, связанных с понятиями регистра, памяти и стека, операторов и констант, циклов и процедур, системных вызовов и т. Д.. Для простоты все образцы представлены в 32-битном формате, но большинство идей будет легко применено к 64-битному.

Все представленные здесь материалы взяты из моего обучения [1] в течение многих лет. Таким образом, для чтения этой статьи необходимо общее понимание ассемблера Intel x86-64 и предполагается, что вы знакомы с Visual Studio 2010 или более поздней версии. Желательно, прочитав учебник Кипа Ирвина [2] и Руководство программиста MASM [3]. Если вы посещаете курс программирования на языке ассемблера, это может быть дополнительным чтением для учебы.

Об инструкции

Первые два правила являются общими. Если вы можете использовать меньше, не используйте больше.

1. Использование меньших инструкций

Предположим, что у нас есть 32-битная переменная DWORD :

. Данные
   var1 DWORD 123 

В примере нужно добавить var1 к EAX . Это верно с MOV и ADD :

 mov ebx, var1
добавить eax, ebx 

Но поскольку ADD может принимать один операнд памяти, вы можете только

 добавить eax, var1 

2.Использование инструкции с меньшим количеством байтов

Предположим, что у нас есть массив:

. Данные
   массив DWORD 1,2,3 

Если вы хотите изменить значения на 3,1,2, вы можете

 mov eax, массив
xchg eax, [массив + 4]
xchg eax, [массив + 8]
  массив xchg, eax  

Но обратите внимание, что последняя инструкция должна быть MOV вместо XCHG . Хотя оба могут назначить 3 в EAX первому элементу массива, наоборот, при замене XCHG логически не требуется.

Помните о размере кода, MOV принимает 5-байтовый машинный код, но XCHG принимает 6, что является еще одной причиной выбора MOV здесь:

 00000011 87 05 00000000 R массив xchg, eax
  00000017 A3 00000000  R mov массив, eax 

Чтобы проверить машинный код, вы можете создать файл листинга при сборке или открыть окно «Разборка» во время выполнения в Visual Studio. Кроме того, вы можете найти в руководстве по эксплуатации Intel.

О регистре и памяти

В этом разделе мы будем использовать популярный пример, n-е число Фибоначчи, чтобы проиллюстрировать несколько решений на языке ассемблера.Функция C будет иметь вид:

 беззнаковое целое число Фибоначчи (беззнаковое целое n)
{
    беззнаковое int предыдущее = 1, текущее = 1, следующее = 0;
    for (unsigned int i = 3; i <= n; ++ i)
    {
        следующий = текущий + предыдущий;
        предыдущий = текущий;
        текущий = следующий;
    }
    вернуться дальше;
} 

3. Реализация с переменными памяти

Сначала давайте скопируем ту же идею сверху с двумя переменными предыдущий и текущий , созданные здесь

.данные
   предыдущий DWORD?
   текущий DWORD? 

Мы можем использовать EAX для сохранения результата без переменной next . Поскольку MOV не может перемещаться из памяти в память, регистр, такой как EDX , должен быть задействован для присвоения предыдущий = текущий . Ниже приведена процедура FibonacciByMemory . Он получает n от ECX и возвращает EAX как n-е вычисленное число Фибоначчи:

FibonacciByMemory PROC



   mov eax, 1
   mov предыдущий, 0
   mov текущий, 0
L1:
   добавить eax, предыдущий
     mov edx, текущий 
     mov предыдущая, edx
   mov current, eax 
петля L1
   Ret
FibonacciByMemory ENDP 

4.Если вы можете использовать регистры, не используйте память

Основное правило программирования на ассемблере состоит в том, что если вы можете использовать регистр, не используйте переменную. Операция с регистром намного быстрее, чем с памятью. Доступны 32-битные регистры общего назначения: EAX , EBX , ECX , EDX , ESI и EDI . Не прикасайтесь к ESP и EBP , которые используются в системе.

Теперь пусть EBX заменит предыдущую переменную , а EDX заменит текущий .Следующее - FibonacciByRegMOV , просто с тремя инструкциями, необходимыми в цикле:

ПРОЦЕСС ФибоначчиByRegMOV



   mov eax, 1
   xor ebx, ebx
   xor edx, edx
L1:
     добавить eax, ebx 
     mov ebx, edx
   mov edx, eax 
петля L1
   Ret
ФибоначчиByRegMOV ENDP 

Еще одна упрощенная версия заключается в использовании XCHG , который увеличивает последовательность без необходимости EDX . Ниже показан машинный код FibonacciByRegXCHG в его Листинге, где только две инструкции из трех байтов машинного кода в теле цикла:

000000DF FibonacciByRegXCHG PROC
           
           
           
000000DF 33 C0 xor eax, eax
000000E1 BB 00000001 mov ebx, 1
000000E6 L1:
000000E6 93  xchg eax, ebx 
000000E7 03 C3 добавить eax, ebx
000000E9 E2 Петля FB L1
000000EB C3 ret
000000EC FibonacciByRegXCHG ENDP
 

В параллельном программировании

Набор инструкций x86-64 предоставляет множество атомарных инструкций с возможностью временного запрета прерываний, гарантируя, что текущий выполняющийся процесс не может переключаться по контексту, и достаточен для однопроцессорного процессора.В некотором роде это также позволило бы избежать состояния гонки при многозадачности. Эти инструкции могут напрямую использоваться разработчиками компилятора и операционной системы.

5. Использование атомарных инструкций

Как видно выше, используемый XCHG , так называемый атомарный своп, является более мощным, чем какой-либо язык высокого уровня, с одним оператором:

 xchg eax, var1
 

Классический способ поменять местами регистр с памятью var1 может быть

 mov ebx, eax
mov eax, var1
mov var1, ebx
 

Более того, если вы используете набор инструкций Intel486 с расширением.486 или выше, простое использование атомарного XADD будет более кратким в процедуре Фибоначчи. XADD заменяет первый операнд (место назначения) вторым операндом (источником), затем загружает сумму двух значений в операнд назначения. Таким образом, мы имеем

000000EC FibonacciByRegXADD PROC
           
           
           
000000EC 33 C0 xor eax, eax
000000EE BB 00000001 mov ebx, 1
000000F3 L1:
000000F3 0F C1 D8  xadd eax, ebx 
000000F6 E2 Петля FB L1
000000F8 C3 ret
000000F9 FibonacciByRegXADD ENDP
 

Два расширения атомарного перемещения: MOVZX и MOVSX .Еще стоит упомянуть инструкции битового тестирования, BT , BTC , BTR и BTS . Для следующего примера

. Данные
  Семафор WORD 10001000b
.код
  btc Семафор, 6 

Представьте себе набор команд без BTC , одна неатомарная реализация той же логики будет

 mov ax, Семафор
топор, 7
xor Семафор, 01000000b
 

Младший порядок байтов

Процессор x86 хранит и извлекает данные из памяти в порядке от младшего к старшему.Младший байт хранится по первому адресу памяти, выделенному для данных. Остальные байты сохраняются в следующих последовательных позициях памяти.

6. Представления памяти

Рассмотрим следующие определения данных:

. Данные
dw1 DWORD 12345678h
dw2 DWORD 'AB', '123', 123h

на 3 байта 'ABCDE', 0FFh, 'A', 0Dh, 0Ah, 0
w1 СЛОВО 123h, 'AB', 'A' 

Для простоты в качестве инициализатора используются шестнадцатеричные константы. Представление памяти следующее:

Что касается многобайтовых дат DWORD и WORD , то они представлены в порядке от младшего к старшему.Исходя из этого, второй DWORD , инициализированный с 'AB' , должен быть 00004142h , а следующий '123' - 00313233h в исходном порядке. Вы не можете инициализировать dw3 как 'ABCDE' , который содержит пять байтов 4142434445h , в то время как вы действительно можете инициализировать на 3 в байтовой памяти, так как для байтовых данных нет прямого порядка байтов. Точно так же см. w1 для памяти WORD .

7.Ошибка кода, скрытая little-endian

Из последнего раздела использования XADD мы пытаемся заполнить байтовый массив первыми 7 числами Фибоначчи, например, 01 , 01 , 02 , 03 , 05 , 08 , 0D . Ниже приводится такая простая реализация, но с ошибкой. Ошибка не обнаруживается сразу, потому что она была скрыта с прямым порядком байтов.

 FibCount = 7
.данные
FibArray BYTE FibCount DUP (0ffh)
БАЙТ 'ABCDEF'

.код
   mov edi, СМЕЩЕНИЕ FibArray
   mov eax, 1
   xor ebx, ebx
   mov ecx, FibCount
 L1:
   mov [edi], eax
   xadd eax, ebx
   inc edi
 петля L1 

Для отладки я специально сделал память 'ABCDEF' в конце массива байтов FibArray с семью инициализированными 0ffh . Начальная память выглядит так:

Установим точку останова в цикле.Когда первое число 01 заполнено, за ним следуют три нуля, как это:

Но хорошо, второе число 01 приходит, чтобы заполнить второй байт, чтобы перезаписать три нуля, оставшиеся после первого. И так далее, до седьмого 0D , здесь просто помещается последний байт:

Все нормально с ожидаемым результатом в FibArray из-за little-endian. Только когда вы определяете некоторую память сразу после этого FibArray , ваши первые три байта будут перезаписаны нулями, так как здесь 'ABCDEF' становится 'DEF' .Как сделать простое исправление?

О стеке времени выполнения

Стек выполнения - это массив памяти, непосредственно управляемый ЦП, с регистром указателя стека ESP , содержащим 32-битное смещение в стеке. ESP модифицируется инструкциями CALL , RET , PUSH , POP и т. Д. При использовании PUSH и POP или им подобных, вы явно изменяете содержимое стека. Вы должны быть очень осторожны, не затрагивая другое неявное использование, например CALL и RET , потому что вы, программист, и система используют один и тот же стек времени выполнения.

8. Назначение с помощью PUSH и POP неэффективно

В ассемблерном коде вы определенно можете использовать стек для присвоения предыдущий = текущий , как в FibonacciByMemory . Следующее - FibonacciByStack , где единственная разница заключается в использовании PUSH и POP вместо двух инструкций MOV с EDX .

FibonacciByStack



   mov eax, 1
   mov предыдущий, 0
   mov текущий, 0
L1:
   добавить eax, предыдущий
     толкать ток 
     поп предыдущий 
   mov current, eax
петля L1
   Ret
FibonacciByStack ENDP 

Как вы понимаете, стек выполнения, построенный на памяти, намного медленнее, чем регистры.Если вы создадите тестовый тест для сравнения вышеуказанных процедур в длинном цикле, вы обнаружите, что FibonacciByStack является наиболее неэффективным. Я предлагаю, если вы можете использовать регистр или память, не используйте PUSH и POP .

9. Использование INC для исключения PUSHFD и POPFD

Когда вы используете команду ADC или SBB для добавления или вычитания целого числа с предыдущим переносом, вы разумно хотите зарезервировать предыдущий флаг переноса ( CF ) с PUSHFD и POPFD , поскольку адрес обновление с помощью ADD перезапишет CF .Следующий пример Extended_Add , заимствованный из учебника [2], предназначен для вычисления суммы двух расширенных длинных целых BYTE на BYTE :

Extended_Add PROC





   clc
   L1:
      mov al, [esi]
      adc al, [edi]
      pushfd

      mov [ebx], al
      добавить esi, 1
      добавить edi, 1
      добавить ebx, 1
      popfd
   петля L1

   mov dword ptr [ebx], 0
   adc dword ptr [ebx], 0
   Ret
Extended_Add ENDP 

Как известно, инструкция INC выполняет приращение на 1, не затрагивая CF .Очевидно, мы можем заменить выше ADD на INC , чтобы избежать PUSHFD и POPFD . Таким образом, цикл упрощается так:

 L1:
   mov al, [esi]
   adc al, [edi]

   mov [ebx], al
   inc esi
   inc edi
   inc ebx
петля L1
 

Теперь вы можете спросить, что если вычислить сумму двух длинных целых чисел DWORD на DWORD , где каждая итерация должна обновлять адреса на 4 байта, как TYPE DWORD .Мы все еще можем использовать INC , чтобы иметь такую ​​реализацию:

 clc
xor ebx, ebx

L1:
    mov eax, [esi + ebx * ТИП DWORD]
    adc eax, [edi + ebx * ТИП DWORD]
    mov [edx + ebx * ТИП DWORD], eax
    inc ebx
петля L1
 

Применение коэффициента масштабирования здесь было бы более общим и предпочтительным. Аналогичным образом, при необходимости, вы также можете использовать инструкцию DEC , которая выполняет уменьшение на 1, не затрагивая флаг переноса.

10. Еще одна веская причина избегать PUSH и POP.

Поскольку вы и система используете один и тот же стек, вы должны быть очень осторожны, не нарушая использование системы.Если вы забудете сделать PUSH и POP в паре, может произойти ошибка, особенно при условном переходе, когда процедура возвращается.

Следующий Search3DAry ищет в двумерном массиве значение, переданное в EAX . Если он найден, просто перейдите к метке FOUND , вернув единицу в EAX как истину, иначе установите EAX как ложь.

Search3DAry PROC




   mov ecx, NUM_ROW

СТРОКА:
   нажать ecx
   mov ecx, NUM_COL

   COL:
      cmp al, [esi + ecx-1]
        je НАЙДЕНО 
   петля COL

   добавить esi, NUM_COL
     поп ecx 
петля ROW

   mov eax, 0
   jmp ВЫЙТИ
НАЙДЕННЫЙ:
   mov eax, 1
УВОЛИТЬСЯ:
   Ret
Search3DAry ENDP 

Давайте вызовем его в main , подготовив аргумент ESI , указывающий на адрес массива, и значение поиска EAX как 31h или 30h соответственно для не найденного или найденного тестового примера:

.данные
ary2D BYTE 10 ч, 20 ч,  30 ч , 40 ч, 50 ч
        БАЙТ 60h, 70h, 80h, 90h, 0A0h
NUM_COL = 5
NUM_ROW = 2

.код
главный ПРОЦ
   mov esi, OFFSET ary2D
     mov eax, 31h 
   позвонить в Search3DAry

   Выход
основной ENDP 

К сожалению, работает только в not-found для 31ч . При успешном поиске, например, 30h , происходит сбой из-за остатка стека после нажатия счетчика внешнего цикла. К сожалению, этот остаток, полученный с помощью RET , становится обратным адресом для вызывающего абонента.

Следовательно, здесь лучше использовать регистр или переменную для сохранения счетчика внешнего цикла. Хотя логическая ошибка сохраняется, сбой не произойдет без вмешательства в систему. В качестве хорошего упражнения можно попробовать исправить.

Время сборки и время выполнения

Я хотел бы подробнее поговорить об этой особенности языка ассемблера. Желательно, если вы можете что-то делать во время сборки, не делайте этого во время выполнения. Логика организации при сборке указывает на выполнение работы в статическое время (компиляция), а не на время выполнения.В отличие от языков высокого уровня, все операторы на языке ассемблера обрабатываются при сборке, например + , - , * и /, в то время как во время выполнения работают только инструкции, такие как ADD , SUB , MUL и DIV .

11. Выполнение с плюсом (+) вместо ADD

Повторим вычисление Фибоначчи для реализации eax = ebx + edx в ассемблировании с оператором «плюс» с помощью инструкции LEA .Следующее - FibonacciByRegLEA с изменением только одной линии с FibonacciByRegMOV .

ФибоначчиByRegLEA



   xor eax, eax
   xor ebx, ebx
   mov edx, 1
L1:
     lea eax, DWORD PTR [ebx + edx] 
   mov edx, ebx
   mov ebx, eax
петля L1

   Ret
ФибоначчиByRegLEA ENDP 

Этот оператор закодирован в виде трех байтов, реализованных в машинном коде без явной операции сложения во время выполнения:

 000000CE 8D 04 1A lea eax, DWORD PTR [ebx + edx] 

Этот пример не слишком сильно влияет на производительность по сравнению с FibonacciByRegMOV .Но этого достаточно в качестве демонстрации реализации.

12. Если вы умеете пользоваться оператором, не используйте инструкцию

Для массива, определенного как:

. Данные
   Ary1 DWORD 20 DUP (?) 

Если вы хотите пройти его от второго элемента к среднему, вы можете думать об этом, как на другом языке:

 mov esi, OFFSET Ary1
добавить esi, ТИП DWORD
mov ecx LENGTHOF Ary1
sub ecx, 1
div ecx, 2
L1:
   
Петля L1 

Помните, что ADD , SUB и DIV - это динамическое поведение во время выполнения.Если вы знаете значения заранее, их не нужно вычислять во время выполнения, вместо этого примените операторы при сборке:

 mov esi, OFFSET Ary1 + TYPE DWORD
mov ecx (LENGTHOF Ary1 -1) / 2
L1:
   
Петля L1 

Это сохраняет три инструкции в сегменте кода во время выполнения. Затем давайте сэкономим память в сегменте данных.

13. Если вы можете использовать символическую константу, не используйте переменную

Как и операторы, все директивы обрабатываются во время сборки.Переменная потребляет память и должна быть доступна во время выполнения. Что касается последнего Ary1 , вы можете запомнить его размер в байтах и ​​количество таких элементов:

. Данные
   Ary1 DWORD 20 DUP (?)
   arySizeInByte DWORD ($ - Ary1)
   aryLength DWORD LENGTHOF Ary1 

Это правильно, но не рекомендуется из-за использования двух переменных. Почему бы просто не сделать их символическими константами, чтобы сохранить память двух DWORD ?

. Данные
   Ary1 DWORD 20 DUP (?)
   arySizeInByte = ($ - Ary1)
   aryLength EQU LENGTHOF Ary1 

Допускается использование знака равенства или директивы EQU.Константа - это просто замена во время предварительной обработки кода.

14. Генерация блока памяти в макросе

Для количества данных для инициализации, если вы уже знаете логику создания, вы можете использовать макрос для генерации блоков памяти при сборке, а не во время выполнения. Следующий макрос создает все числа Фибоначчи 47 в массиве DWORD с именем FibArray :

. Данные
val1 = 1
val2 = 1
значение3 = значение1 + значение2

FibArray LABEL DWORD
DWORD val1
DWORD val2
WHILE val3 LT 0FFFFFFFFh
   DWORD val3
   val1 = val2
   val2 = val3
   значение3 = значение1 + значение2
ENDM 

Поскольку макрос передается ассемблеру для статической обработки, это значительно экономит инициализацию во время выполнения, в отличие от FibonacciByXXX , упомянутого ранее.

Подробнее о макросах в MASM см. В моей статье «Что-то, чего вы можете не знать о макросах в MASM» [4]. Я также сделал обратный инжиниринг для оператора switch в реализации компилятора VC ++. Интересно, что при определенных условиях оператор switch выбирает двоичный поиск, но не раскрывает предварительное условие реализации сортировки во время выполнения. Разумно подумать о препроцессоре, который выполняет сортировку со всеми известными значениями case при компиляции.Поведение статической сортировки (в отличие от динамического поведения во время выполнения) может быть реализовано с помощью макрос-процедуры, директив и операторов. Дополнительные сведения см. В разделе «Что-то, чего вы можете не знать об операторе Switch в C / C ++» [5].

О конструкции контура

Почти каждый язык обеспечивает безусловный переход, например, GOTO , но большинство из нас редко используют его на основе принципов разработки программного обеспечения. Вместо этого мы используем другие, такие как break и continue .В ассемблере мы больше полагаемся на условные или безусловные переходы, чтобы сделать рабочий процесс управления более свободным. В следующих разделах я перечисляю некоторые плохо закодированные шаблоны.

15. Инкапсуляция всей логики цикла в теле цикла

Чтобы построить цикл, попробуйте поместить все содержимое цикла в тело цикла. Не прыгайте, чтобы что-то сделать, а затем снова прыгайте в петлю. Пример здесь - прохождение одномерного целочисленного массива. Если найдете нечетное число, увеличьте его, иначе ничего не делать.

Два неясных решения с правильным результатом, возможно, будут примерно такими:

 mov ecx, массив LENGTHOF
   xor esi, esi
L1:
   тестовый массив [esi], 1
     JNZ ODD 
ПРОХОДЯТ:
   добавить esi, ТИП DWORD
петля L1
  jmp СДЕЛАНО

СТРАННЫЙ:
  inc array [esi]
jmp PASS 
ВЫПОЛНЕНО: 
 mov ecx, массив LENGTHOF
   xor esi, esi
  jmp L1

СТРАННЫЙ:
  inc array [esi]
jmp PASS 

L1:
   тестовый массив [esi], 1
     JNZ ODD 
ПРОХОДЯТ:
   добавить esi, ТИП DWORD
петля L1 

Однако они оба делают приращение снаружи, а затем возвращаются назад.Они производят проверку в цикле, но левый делает приращение после цикла, а правый - до цикла. По простой логике, вы можете так не думать; в то время как для сложной задачи язык ассемблера может сбить с толку, создав такой шаблон спагетти. Следующее - хорошее, которое инкапсулирует всю логику в теле цикла, краткое, читаемое, обслуживаемое и эффективное.

 mov ecx, массив LENGTHOF
   xor esi, esi
L1:
   тестовый массив [esi], 1
     jz PASS
   inc array [esi]
ПАСС: 
   добавить esi, ТИП DWORD
петля L1 

16.Петля вход и выход

Обычно предпочтительнее петля с одним входом и одним выходом. Но при необходимости можно использовать два или более условных выхода, как показано в Search3DAry с найденными и ненайденными результатами.

Ниже приведен плохой шаблон с двумя входами, когда один попадает в START через инициализацию, а другой напрямую попадает в MIDDLE . Такой код довольно сложно понять. Требуется реорганизация или рефакторинг логики цикла.

   je MIDDLE

   
НАЧАЛО:
   

СРЕДНИЙ:
   
цикл СТАРТ 

Ниже приведен плохой образец завершения двух циклов, когда некоторая логика выходит из первого конца цикла, а другая выходит из второго.Такой код довольно запутанный. Попробуйте переосмыслить переход по метке, чтобы сохранить один конец петли.

START2:
   
   je NEXT
   
цикл START2
   jmp СДЕЛАНО

СЛЕДУЮЩИЙ:
   
цикл START2
ВЫПОЛНЕНО: 

17. Не меняйте ECX в теле петли

Регистр ECX действует как счетчик цикла, и его значение неявно уменьшается при использовании команды LOOP . Вы можете прочитать ECX и использовать его значение в итерации. Как показано в Search3DAry в предыдущем разделе, мы сравниваем косвенный операнд [ESI + ECX-1] с AL .Но никогда не пытайтесь изменить счетчик цикла в теле цикла, что затрудняет понимание кода и отладку. Рекомендуется рассматривать счетчик циклов ECX как доступный только для чтения.

   mov ecx, 10
L1:
   
   mov eax, ecx
   mov ebx, [esi + ecx * ТИП DWORD]
   mov ecx, edx
   inc ecx
   
петля L1 

18. При переходе назад…

Помимо инструкции LOOP , программирование на языке ассемблера может в значительной степени полагаться на условные или безусловные переходы для создания цикла, когда счет не определен перед циклом.Теоретически для прыжка назад рабочий процесс можно рассматривать как цикл. Предположим, что jx и jy - это желаемые инструкции перехода или LOOP . Следующий обратный jy L2 , вложенный в jx L1 , вероятно, рассматривается как внутренний цикл.

L1:
   
   L2:
   
 jy L2 
   
jx L1 

Чтобы иметь логику выбора if-then-else, разумно использовать такой переход предисловия как ветвление в итерации jx L1 :

L1:
   
   для TrueLogic
   
   jmp СДЕЛАНО
 TrueLogic:
    
СДЕЛАННЫЙ:
   
jx L1 

19.Реализация цикла FOR C / C ++ и цикла WHILE

Язык высокого уровня обычно предоставляет три типа конструкций цикла. Цикл FOR часто используется, когда известное количество итераций доступно в кодировании, что позволяет запускать счетчик цикла в качестве условия проверки и изменять переменную счетчика на каждой итерации. Цикл WHILE может использоваться, когда счетчик цикла неизвестен, например, он может быть определен пользователем как флаг завершения во время выполнения. Цикл DO-WHILE сначала выполняет тело цикла, а затем проверяет условие.Однако использование не так строго понятно и ограничено, поскольку один цикл может быть просто заменен (реализован) другим программно.

Давайте посмотрим, как ассемблерный код реализует три структуры цикла на языке высокого уровня. Ранее упомянутая инструкция LOOP должна вести себя как цикл FOR , потому что вам нужно инициализировать известный счетчик цикла в ECX . Оператор « LOOP target » выполняет два действия:

  • уменьшить мент ECX
  • если ECX ! = 0 , перейти к цели

Чтобы вычислить сумму n + (n-1) +... + 2 + 1 , у нас может быть

 mov ecx, n
   xor eax, eax
L1:
   добавить eax, ecx
   петля L1
   сумма mov, EAX 

Это то же самое, что и цикл FOR :

 int sum = 0;
для (int i = n; i> 0; i ++)
   сумма + = я; 

Как насчет следующей логики - для цикла WHILE , чтобы добавить любые ненулевые входные числа, пока не будет введен ноль:

 int sum = 0;
cin >> n;
в то время как (n! = 0)
{
   сумма + = n;
   cin >> n;
} 

Здесь нет смысла использовать LOOP , потому что вы не можете установить или игнорировать какое-либо значение в ECX .Вместо этого требуется использование условного перехода для создания такого цикла вручную:

 xor ebx, ebx
   вызовите ReadInt
L1:
   или eax, eax
   jz L2
   добавить ebx, eax
   вызовите ReadInt
   jmp L1
L2:
   сумма mov, EBX 

Здесь процедура библиотеки Irvine32 ReadInt используется для чтения целого числа с консоли в EAX . Использование OR вместо CMP просто для повышения эффективности, поскольку OR не влияет на EAX , но влияет на флаг нуля для JZ .Далее, учитывая аналогичную логику с циклом DO-WHILE :

 int sum = 0;
cin >> n;
делать
{
   сумма + = n;
   cin >> n;
}
а (п! = 0) 

По-прежнему с условным переходом для создания цикла, код выглядит более прямым, поскольку сначала выполняется тело цикла, а затем проверяется:

 xor ebx, ebx
   вызовите ReadInt
L1:
   добавить ebx, eax
   вызовите ReadInt
   или eax, eax
   jnz L1
   сумма mov, EBX 

20. Повышение эффективности петли с помощью прыжка

Основываясь на приведенном выше понимании, теперь мы можем перейти к оптимизации цикла в ассемблерном коде.Подробное описание механизмов инструкций см. В Справочном руководстве по оптимизации архитектур Intel® 64 и IA-32. Здесь я использую только пример вычисления суммы n + (n-1) + ... + 2 + 1 , чтобы проиллюстрировать сравнение производительности между итерационными реализациями LOOP и условными переходами. В качестве кода в последнем разделе я создаю нашу первую процедуру с именем Using_LOOP :

Использование_LOOP PROC



   xor eax, eax
L1:
   добавить eax, ecx
     петля L1 
   Ret
Использование_LOOP ENDP 

Чтобы вручную смоделировать инструкцию LOOP , я просто уменьшаю ECX и, если он не равен нулю, возвращаюсь к метке цикла.Я называю вторую Using_DEC_JNZ :

Использование_DEC_JNZ PROC



   xor eax, eax
L1:
   добавить eax, ecx
 
     dec ecx
   JNZ L1 
   Ret
Using_DEC_JNZ ENDP 

Аналогичной альтернативой может быть третья процедура с использованием JECXZ ниже, назвав его Using_DEC_JECXZ_JMP :

Использование_DEC_JECXZ_JMP PROC



   xor eax, eax
L1:
   добавить eax, ecx
 
     dec ecx
   JECXZ L2
   jmp L1 
L2:
   Ret
Using_DEC_JECXZ_JMP ENDP 

Теперь давайте протестируем три процедуры, приняв число n из пользовательского ввода, чтобы сохранить счетчик цикла, а затем вызвать каждую процедуру с макросом mCallSumProc (Здесь Clrscr , ReadDec , Crlf и mWrite взяты из Irvine32, о чем мы вскоре поговорим):

 основной PROC
   позвонить в Clrscr
   mWrite "Для вычисления 1 + 2 +... + n, введите n (1 - 4294967295): "
   позвонить ReadDec
   mov ecx, eax
   позвонить в Crlf

   mCallSumProc Using_LOOP
   mCallSumProc Using_DEC_JNE
   mCallSumProc Using_DEC_JECXZ_JMP
   Выход
основной ENDP 

Для проверки введите большое число, например 4 миллиарда. Хотя сумма намного превышает 32-битный максимум 0FFFFFFFFh , а в EAX остается только остаток в виде (1 + 2 + ... + n) MOD 4294967295, для нашего теста это не имеет значения.Следующее - результат моего 64-битного BootCamp Intel Core i7:

Наверное, на разных системах результат будет немного отличаться. Исполняемый файл теста доступен для проверки на LoopTest.EXE. По сути, использование условного перехода для построения цикла более эффективно, чем прямое использование инструкции LOOP . Вы можете прочитать «Справочное руководство по оптимизации архитектур Intel® 64 и IA-32», чтобы узнать, почему. Также я хотел бы поблагодарить г-на Даниэля Пфеффера за его приятные комментарии об оптимизации, которые вы можете прочитать в комментариях и обсуждениях в конце.

Наконец, я представляю не упомянутый выше макрос, как показано ниже. Опять же, он содержит вызовы некоторых процедур библиотеки Irvine32. Исходный код в этом разделе можно загрузить в Loop Test ASM Project. Для дальнейшего понимания см. Ссылки в Справочнике

.
mCallSumProc МАКРОС SumProc: REQ



   нажать ecx
   вызов GetMseconds
   mov esi, eax
   вызов SumProc
   mWrite "& SumProc:"
   позвонить в WriteDec
   позвонить crlf

   вызов GetMseconds
   sub eax, esi
   позвонить в WriteDec
   mWrite <'использованные миллисекунды', 0Dh, 0Ah, 0Dh, 0Ah>
   поп-эккс
ENDM 

О процедуре

Подобно функциям в C / C ++, мы говорим о некоторых основах процедуры на языке ассемблера.

21. Создание понятного интерфейса вызова

При разработке процедуры мы надеемся сделать ее максимально многоразовой. Заставьте его выполнять только одну задачу без других, таких как ввод-вывод. Вызывающий процедуру должен взять на себя ответственность за ввод и вывод. Вызывающий должен общаться с процедурой только с помощью аргументов и параметров. Процедура должна использовать только параметры в своей логике без ссылки на внешние определения, без каких-либо:

  • Глобальная переменная и массив
  • Глобальная символьная константа

Потому что реализация с таким определением делает вашу процедуру непригодной для повторного использования.

Вспоминая предыдущие пять процедур FibonacciByXXX , мы используем регистр ECX как аргумент и параметр с возвращаемым значением в EAX , чтобы сделать понятный интерфейс вызова:

ФибоначчиByXXX


 

Теперь звонящий может делать как

 
вызовите FibonacciByXXX
  

Чтобы проиллюстрировать второй пример, давайте еще раз посмотрим на вызов Search3DAry в предыдущем разделе. Аргументы регистра ESI и EAX подготовлены так, что реализация Search3DAry не будет напрямую ссылаться на глобальный массив ary2D .

 ... ...
NUM_COL = 5
NUM_ROW = 2

.код
главный ПРОЦ
     mov esi, OFFSET ary2D
   mov eax, 31h 
   позвонить в Search3DAry

   Выход
основной ENDP


Search3DAry PROC




     mov ecx, NUM_ROW 
... ...
     mov ecx, NUM_COL 
... ... 

К сожалению, слабым местом является его реализация, в которой по-прежнему используются две глобальные константы NUM_ROW и NUM_COL , что делает невозможным его вызов в другом месте. Для улучшения очевидным способом было бы указать два других аргумента регистра, или см. Следующий раздел.

22. ВЫЗОВ против ВЫЗОВА

Помимо инструкции CALL от Intel, MASM предоставляет 32-битную директиву INVOKE , чтобы упростить вызов процедуры. Для инструкции CALL вы можете использовать только регистры в качестве пары аргумент / параметр в вызывающем интерфейсе, как показано выше. Проблема в том, что количество регистров ограничено. Все регистры глобальны, и вам, вероятно, придется сохранять регистры перед вызовом и восстанавливать после вызова. Директива INVOKE дает форму процедуры со списком параметров, как вы имели опыт работы с языками высокого уровня.

Если рассмотреть Search3DAry со списком параметров без ссылки на глобальные константы NUM_ROW и NUM_COL , мы можем получить его прототип, подобный этому

  Search3DAry PROTO, pAry2D: PTR BYTE, val: BYTE, nRow: WORD, nCol: WORD 





 

Опять же, в качестве упражнения, вы можете попробовать реализовать это для исправления. Теперь вы просто делаете

 INVOKE Search3DAry,  ary2D, 31h, NUM_ROW, NUM_COL 
 

Аналогичным образом, чтобы построить процедуру списка параметров, вам все равно нужно следовать правилу, не обращаясь к глобальным переменным и константам.Также обратите внимание на:

  • Весь вызывающий интерфейс должен проходить только через список параметров без ссылки на какие-либо значения регистров, установленные вне процедуры.

23. Сравнение вызовов по значению и по телефону

Также имейте в виду, что список параметров не должен быть слишком длинным. В таком случае используйте вместо этого параметр объекта. Предположим, вы полностью поняли концепцию функции, вызов по значению и вызов по ссылке в языках высокого уровня. Изучая фрейм стека на языке ассемблера, вы лучше понимаете механизм вызова функций низкого уровня.Обычно для аргумента объекта мы предпочитаем передавать ссылку, адрес объекта, а не весь объект, скопированный в память стека.

Чтобы продемонстрировать это, давайте создадим процедуру для записи месяца, дня и года из объекта структуры Win32 SYSTEMTIME.

Ниже представлена ​​версия вызова по значению, в которой мы используем оператор точки для извлечения отдельных элементов поля WORD из объекта DateTime и расширения их 16-битных значений до 32-битных EAX :

WriteDateByVal PROC, DateTime: SYSTEMTIME


     movzx eax, DateTime.wMonth 
   
   
   movzx eax, DateTime.wDay
   
   
   movzx eax, DateTime.wYear
   
   
   Ret
WriteDateByVal ENDP 

Версия вызова по ссылке не так прямолинейна с полученным адресом объекта. В отличие от стрелки ->, оператора указателя в C / C ++, мы должны сохранить значение указателя (адреса) в 32-битном регистре, например, ESI . Используя ESI в качестве косвенного операнда, мы должны вернуть его память к типу SYSTEMTIME . Затем мы можем получить члены объекта с точкой:

WriteDateByRef PROC, datetimePtr: PTR SYSTEMTIME


     mov esi, datetimePtr
   movzx eax, (SYSTEMTIME PTR [esi]).wMonth 
   
   
   movzx eax, (SYSTEMTIME PTR [esi]). wDay
   
   
   movzx eax, (SYSTEMTIME PTR [esi]). wYear
   
   
   Ret
WriteDateByRef ENDP 

Вы можете наблюдать стек аргумента, переданного для двух версий во время выполнения. Для WriteDateByVal восемь членов WORD копируются в стек и занимают шестнадцать байтов, а для WriteDateByRef требуется всего четыре байта в качестве 32-битного адреса. Однако это будет иметь большое значение для большого объекта структуры.

24. Избегайте использования нескольких RET

Для построения процедуры лучше всего поместить всю логику в тело процедуры. Предпочтительна процедура с одним входом и одним выходом. Поскольку в программировании на ассемблере имя процедуры напрямую представлено адресом памяти, а также любыми метками. Таким образом, возможен прямой переход к метке или процедуре без использования CALL или INVOKE . Поскольку такие необычные записи встречаются довольно редко, я не буду здесь упоминать.

Хотя в примерах других языков иногда используется несколько возвратов, я не рекомендую использовать такой шаблон в ассемблерном коде. Множественные инструкции RET могут затруднить понимание и отладку вашей логики. Следующий код слева является таким примером ветвления. Вместо этого справа у нас есть метка QUIT в конце и прыгаем туда, делая единственный выход, где, вероятно, происходит общий хаос, чтобы избежать повторения кода.

 MultiRetEx PROC
   
   jx NEXTx
   
   Ret

СЛЕДУЮЩИЙ:
   
   jy NEXTy
   
   Ret

СЛЕДУЮЩИЙ:
   
   Ret
MultiRetEx ENDP 
 SingleRetEx PROC
   
   jx NEXTx
   
   jmp ВЫЙТИ
СЛЕДУЮЩИЙ:
   
   jy NEXTy
   
   jmp ВЫЙТИ
СЛЕДУЮЩИЙ:
   
УВОЛИТЬСЯ:
   
   Ret
SingleRetEx ENDP 

Элементы данных объекта

Подобно приведенной выше структуре SYSTEMTIME , мы также можем создать наш собственный тип или вложенный:

 Прямоугольник STRUCT
   Верхний левый КООРД <>
   Нижний правый КООРД <>
Прямоугольник КОНЕЦ

.данные
прямоугольник Прямоугольник {{10,20}, {30,50}} 

Тип Rectangle содержит два элемента COORD: UpperLeft и LowerRight . Win32 COORD содержит два WORD ( SHORT ), X и Y . Очевидно, мы можем получить доступ к элементам данных объекта rect с помощью оператора точки из прямого или косвенного операнда, как этот

mov rect.UpperLeft.X, 11


mov esi, OFFSET rect
  mov (Прямоугольник PTR [esi]).UpperLeft.Y, 22 


mov esi, OFFSET rect.LowerRight
  mov (COORD PTR [esi]). X, 33 
mov esi, OFFSET rect.LowerRight.Y
  mov WORD PTR [esi], 55 
 

Используя оператор OFFSET , мы получаем доступ к различным значениям элементов данных с разными приведениями типов. Напомним, что при сборке любой оператор обрабатывается в статическое время. Что, если мы хотим получить адрес элемента данных (не значение) во время выполнения?

25. Косвенный операнд и LEA

Для косвенного операнда, указывающего на объект, вы не можете использовать оператор OFFSET для получения адреса члена, потому что OFFSET может принимать только адрес переменной, определенной в сегменте данных.

Может быть сценарий, при котором нам нужно передать аргумент ссылки на объект такой процедуре, как WriteDateByRef в предыдущем разделе, но мы хотим получить адрес ее члена (не значение). По-прежнему используйте в качестве примера объект rect . Следующее второе использование OFFSET недопустимо при сборке:

 mov esi, OFFSET rect
mov edi, OFFSET (Rectangle PTR [esi]). LowerRight 

Обратимся за помощью к инструкции LEA , которую вы видели в FibonacciByRegLEA в предыдущем разделе.Инструкция LEA вычисляет и загружает эффективный адрес операнда памяти. Аналогично оператору OFFSET , за исключением того, что только LEA может получить адрес, вычисленный во время выполнения:

 mov esi, OFFSET rect
  lea edi, (Rectangle PTR [esi]). LowerRight 
mov ebx, OFFSET rect.LowerRight

  lea edi, (Rectangle PTR [esi]). UpperLeft.Y 
mov ebx, OFFSET rect.UpperLeft.Y

mov esi, OFFSET rect.UpperLeft
  lea edi, (COORD PTR [esi]).Y 
 

У меня здесь специально есть EBX , чтобы получить адрес статически, и вы можете проверить тот же адрес в EDI , который загружается динамически из косвенного операнда ESI во время выполнения.

О системе ввода / вывода

Из основ памяти компьютера мы знаем, что операции ввода-вывода из операционной системы довольно медленные. Ввод и вывод обычно измеряются в миллисекундах, по сравнению с регистром и памятью в наносекундах или микросекундах.Чтобы быть более эффективным, рекомендуется попытаться уменьшить количество вызовов системного API. Я имею в виду вызов Win32 API. Для получения дополнительных сведений о функциях Win32, упомянутых ниже, обратитесь к MSDN.

26. Сокращение системных вызовов API ввода-вывода

Пример: вывод 20 строк из 50 случайных символов со случайными цветами, как показано ниже:

Мы определенно можем сгенерировать один символ для вывода времени, используя SetConsoleTextAttribute и WriteConsole.Просто установите его цвет на

 INVOKE SetConsoleTextAttribute, consoleOutHandle, wAttributes 

Затем напишите этот символ числом

 INVOKE WriteConsole,
   consoleOutHandle,
   СМЕЩЕНИЕ буфера,
   1,
   СМЕЩЕНИЕ байтов Написано,
   0 

При вводе 50 символов сделайте новую строку. Таким образом, мы можем создать вложенную итерацию, внешний цикл для 20 строк и внутренний цикл для 50 столбцов. Как 50 на 20 , мы вызываем эти две функции вывода консоли 1000 раз.

Однако другая пара функций API может быть более эффективной, если в строке записать 50 символов и установить их цвета один раз. Это WriteConsoleOutputAttribute и WriteConsoleOutputCharacter. Чтобы использовать их, давайте создадим две процедуры:

ChooseColor PROC


 

10 основных принципов программирования, которые должен знать каждый программист

Код писать легко. Писать хороший код сложно.

Плохой код бывает разных форм.Беспорядочный код, массивные цепочки if-else, программы, которые ломаются после одной корректировки, переменные, которые не имеют смысла. Программа может работать один раз, но никогда не выдержит никакой проверки.

Не соглашайтесь на ярлыки.Стремитесь писать код, который легко поддерживать. Легко для вас и для любого другого разработчика в вашей команде. Как написать эффективный код? Вы пишете хороший код, придерживаясь принципов программирования.

Вот 10 принципов программирования, которые сделают вас лучшим программистом.

1. Будь простым, глупым (KISS)

Звучит немного жестко, но это принцип кодирования, которого нужно придерживаться.Что это значит?

Это означает, что вы должны писать код как можно проще.Не увлекайтесь попытками быть излишне умными или хвастаться абзацем сложного кода. Если вы можете написать сценарий в одну строку, напишите его в одну строку.

Вот простая функция:

  function addNumbers (num1, num2) {
return num1 + num2;
}

Довольно просто.Его легко читать, и вы точно знаете, что происходит.

Используйте понятные имена переменных.Воспользуйтесь преимуществами библиотек кодирования, чтобы использовать существующие инструменты. Сделайте так, чтобы было легко вернуться через шесть месяцев и сразу же вернуться к работе. Простота избавит вас от головной боли.

2.Написать СУХОЙ код

«Не повторяйся» (DRY) Принцип означает, что код не должен повторяться.Это распространенная ошибка кодирования. При написании кода избегайте дублирования данных или логики. Если вы когда-либо копировали и вставляли код в свою программу, это не СУХИЙ код.

Взгляните на этот сценарий:

  функция addNumberSequence (число) {
число = число + 1; Номер
= число + 2; Номер
= число + 3; Номер
= число + 4; Номер
= число + 5;
номер возврата;
}

Вместо того, чтобы дублировать строки, попробуйте найти алгоритм, использующий итерацию.Циклы For и while - это способы управления кодом, который необходимо запускать несколько раз.

DRY-код прост в обслуживании.Легче отладить один цикл, обрабатывающий 50 повторов, чем 50 блоков кода, обрабатывающих одно повторение.

3.Открыто / Закрыто

Этот принцип означает, что вы должны стремиться сделать свой код открытым для расширения, но закрытым для модификации.Это важный принцип при выпуске библиотеки или фреймворка, которые будут использовать другие.

Например, предположим, что вы поддерживаете структуру графического интерфейса.Вы можете выпустить, чтобы кодеры могли напрямую изменять и интегрировать ваш выпущенный код. Но что произойдет, если через четыре месяца вы выпустите крупное обновление?

Их код сломается.Это огорчит инженеров. Они не захотят долго использовать вашу библиотеку, какой бы полезной она ни была.

Вместо этого выпустите код, который предотвращает прямую модификацию и поощряет расширение.Это отделяет основное поведение от модифицированного. Код более стабилен и его легче поддерживать.

4.Состав над наследованием

Если вы пишете код с помощью объектно-ориентированного программирования, вам это пригодится.Композиция важнее наследования Принцип гласит: объекты со сложным поведением должны содержать экземпляры объектов с индивидуальным поведением. Они не должны наследовать класс и добавлять новые поведения.

Использование наследования вызывает две серьезные проблемы.Во-первых, иерархия наследования может быстро запутаться. У вас также меньше гибкости для определения поведения в особых случаях. Допустим, вы хотите реализовать поведение, чтобы поделиться:

Композиционное программирование намного проще писать, проще в обслуживании и позволяет гибко определять поведение.Каждое индивидуальное поведение - это отдельный класс. Вы можете создать сложное поведение, комбинируя индивидуальное поведение.

5.Единоличная ответственность

Принцип единой ответственности гласит, что каждый класс или модуль в программе должен обеспечивать только одну конкретную функциональность.Как сказал Роберт Мартин: «У класса должна быть только одна причина для изменения».

Так часто начинаются классы и модули.Будьте осторожны, не добавляйте слишком много обязанностей, поскольку классы становятся более сложными. Выполните рефакторинг и разбейте их на более мелкие классы и модули.

Последствия перегрузки классов двоякие.Во-первых, это усложняет отладку, когда вы пытаетесь изолировать определенный модуль для устранения неполадок. Во-вторых, становится сложнее создать дополнительную функциональность для конкретного модуля.

6.Разделение проблем

Принцип разделения ответственности - это абстрактная версия принципа единой ответственности.Эта идея гласит, что программа должна быть разработана с разными контейнерами, и эти контейнеры не должны иметь доступа друг к другу.

Хорошо известным примером этого является дизайн модель-представление-контроллер (MVC).MVC разделяет программу на три отдельные области: данные (модель), логика (контроллер) и то, что отображается на странице (представление). Варианты MVC распространены в самых популярных современных веб-фреймворках.

Например, код, обрабатывающий базу данных, не должен знать, как отображать данные в браузере.Код рендеринга принимает ввод от пользователя, но логический код обрабатывает его. Каждый фрагмент кода полностью независим.

В результате получается код, который легко отлаживать.Если вам когда-нибудь понадобится переписать код отрисовки, вы можете сделать это, не беспокоясь о том, как данные сохраняются или обрабатывается логика.

7.Тебе это не понадобится (ЯГНИ)

Этот принцип означает, что вы никогда не должны кодировать функциональные возможности, которые могут вам понадобиться в будущем.Не пытайтесь решить проблему, которой не существует.

Пытаясь написать СУХОЙ код, программисты могут нарушить этот принцип.Часто неопытные программисты пытаются написать максимально абстрактный и общий код. Слишком большая абстракция приводит к раздуванию кода, который невозможно поддерживать.

Применяйте принцип DRY только тогда, когда это необходимо.Если вы замечаете, что куски кода пишутся снова и снова, абстрагируйте их. Не думайте слишком далеко о текущем пакете кода.

8.Задокументируйте свой код

Любой старший разработчик подчеркнет важность документирования кода с соответствующими комментариями.Их предлагают все языки, и вы должны взять за привычку их писать. Оставляйте комментарии для объяснения объектов, улучшения определений переменных и упрощения понимания функций.

Вот функция JavaScript с комментариями, которые проведут вас по коду:

  
// Эта функция добавит 5 ко входным данным, если нечетное, или вернет число, если четное
function evenOrOdd (number) {
// Определить, четно ли число
if (number% 2 == 0) {
номер возврата;
}
// Если число нечетное, это добавит 5 и вернет
else {
return number + 5;
}
}

Оставлять комментарии - это немного сложнее, пока вы кодируете, и вы хорошо понимаете свой код, верно?

Все равно оставляйте комментарии!

Попробуйте написать программу, оставив ее в покое на полгода, а затем вернитесь, чтобы изменить ее.Вы будете рады, что задокументировали свою программу, вместо того, чтобы изучать каждую функцию, чтобы запомнить, как она работает. Работаете в команде кодеров? Не расстраивайте своих коллег-разработчиков, заставляя их расшифровывать ваш синтаксис.

9.Рефакторинг

С этим трудно согласиться, но ваш код не будет идеальным с первого раза.Рефакторинг кода означает анализ вашего кода и поиск способов его оптимизации. Сделайте его более эффективным, сохраняя при этом тот же результат.

Кодовые базы постоянно развиваются.Совершенно нормально пересматривать, переписывать или даже переделывать целые фрагменты кода. Это не значит, что вы не добились успеха в первый раз, когда написали свою программу. Со временем вы лучше познакомитесь с проектом. Используйте эти знания, чтобы сделать ваш существующий код СУХИМ или следуя принципу KISS.

10.Чистый код любой ценой

Оставьте свое эго за дверью и забудьте о написании умного кода.Такой код, который больше похож на загадку, чем на решение. Вы пишете код не для того, чтобы произвести впечатление на незнакомцев.

Не пытайтесь упаковать тонну логики в одну строку.Оставляйте четкие инструкции в комментариях и документации. Если ваш код легко читать, его будет легко поддерживать.

Хорошие программисты и читаемый код идут рука об руку.При необходимости оставляйте комментарии. Придерживайтесь руководств по стилю, продиктованных языком или вашей компанией.

Что делает хорошего программиста?

Чтобы научиться быть хорошим программистом, нужно потрудиться! Эти 10 принципов кодирования - это дорожная карта, чтобы стать профессиональным программистом.

Хороший программист понимает, как сделать свои приложения простыми в использовании, хорошо работает в команде и завершает проекты в соответствии со спецификациями и в срок.Следуя этим принципам, вы добьетесь успеха в карьере программиста. Попробуйте эти 10 проектов для начинающих в программировании и просмотрите свой код. Посмотрите, придерживаетесь ли вы этих принципов. Если нет, попробуйте улучшить свой код.

Minecraft Fleeceware обманывает миллионы пользователей Google Play

Об авторе Энтони Грант (Опубликовано 41 статья)

Энтони Грант - писатель-фрилансер, освещающий программирование и программное обеспечение.Он специализируется в области компьютерных наук, занимается программированием, Excel, программным обеспечением и технологиями.

Ещё от Anthony Grant
Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать технические советы, обзоры, бесплатные электронные книги и эксклюзивные предложения!

Еще один шаг…!

Подтвердите свой адрес электронной почты в только что отправленном вам электронном письме.

шаблонов проектирования .NET на C # - банда четырех (GOF)

Что такое шаблоны дизайна?

Шаблоны проектирования - это решения проблемы разработки программного обеспечения, которые вы снова и снова обнаруживаете в реальных приложениях развитие. Паттерны - это многоразовые конструкции и взаимодействия объектов.

Шаблоны "23 банды четырех" (GoF) обычно считаются основой для всех другие шаблоны.Они делятся на три группы: творческие, структурные и Поведенческие (полный список см. Ниже). Эта ссылка предоставляет исходный код для каждый из 23 паттернов GoF.

Шаблоны проектирования C #

Чтобы дать вам фору, предоставляется исходный код C # для каждого шаблона. в двух формах: структурный и реальный . Структурный код использует имена типов, определенные в определении шаблона и схемах UML.Реальный код предоставляет реальные ситуации программирования, в которых вы можете использовать эти шаблоны.

Третья форма, оптимизированная для .NET , демонстрирует шаблоны проектирования, которые полностью используют встроенные функции .NET, такие как обобщения, делегаты, размышления и многое другое. Это и многое другое доступно в наш продукт Dofactory .NET. См. Страницу Singleton для примера, оптимизированного для .NET.

Шаблоны создания

Абстрактная фабрика Создает экземпляр нескольких семейств классов
Строитель Отделяет построение объекта от его представления
Заводской метод Создает экземпляр нескольких производных классов
Прототип Полностью инициализированный экземпляр для копирования или клонирования
Синглтон Класс, у которого может существовать только один экземпляр

Структурные образцы

Адаптер Сопоставление интерфейсов разных классов
Мост Отделяет интерфейс объекта от его реализации
Композитный Древовидная структура простых и составных объектов
Декоратор Динамическое добавление обязанностей к объектам
Фасад Один класс, представляющий всю подсистему
Легковес Мелкозернистый экземпляр, используемый для эффективного совместного использования
Прокси Объект, представляющий другой объект

Поведенческие модели

Цепь респ. Способ передачи запроса между цепочкой объектов
Команда Инкапсулировать запрос команды как объект
Переводчик Способ включения языковых элементов в программу
Итератор Последовательный доступ к элементам коллекции
Посредник Определяет упрощенную связь между классами
Memento Захват и восстановление внутреннего состояния объекта
Наблюдатель Способ уведомления об изменении ряда классов
Государство Изменение поведения объекта при изменении его состояния
Стратегия Инкапсулирует алгоритм внутри класса
Шаблонный метод Отложить точные шаги алгоритма на подкласс
Посетитель Определяет новую операцию для класса без изменений
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Theme: Overlay by Kaira Extra Text
Cape Town, South Africa