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💻 Padrões de Projeto

Este repositório contém um trabalho da disciplina de Engenharia de Software (BCC3004 - UTFPR Campus Campo Mourão), que consiste em uma prática envolvendo padrões de projeto.

Padrões de projeto descrevem objetos e classes que se relacionam para resolver um problema de projeto genérico em um contexto particular. Cada padrão descreve um problema que sempre ocorre em nosso contexto e uma solução para ele, de forma que possamos usá-la um milhão de vezes.

Nesse sentido, os padrões de projeto podem ser classificados como:

• Criacionais: padrões que propõem soluções flexíveis para criação de objetos.
• Estruturais: padrões que propõem soluções flexíveis para composição de classes e objetos.
• Comportamentais: padrões que propõem soluções flexíveis para interação e divisão de responsabilidades entre classes e objetos.

Para este trabalho, foram escolhidos 3 padrões de cada categoria, a saber: Builder (padrão criacional); Decorator (estrutural) e Observer (comportamental). Além disso, para cada um, foram desenvolvidos exemplos de código na linguagem de programação Java. Vejamos os padrões escolhidos.

📝 Builder (criacional)

Propósito

O padrão de projeto Builder é uma técnica que permite a construção de objetos complexos passo a passo. Uma analogia pode ser feita: assim como a construção de uma casa, onde cada etapa é executada gradualmente - desde o projeto arquitetural, passando pela preparação do terreno, estrutura, até as paredes, telhado e acabamentos - o Builder nos permite construir objetos de forma incremental, controlando cada aspecto do processo.

Problema

Imagine um objeto complexo que necessite de uma inicialização passo a passo de muitos campos e objetos. É preciso de um construtor monstruoso com vários parâmetros, aumentando o acoplamento do código (métrica CBO).

Solução

O padrão Builder sugere a extração do código de construção do objeto para fora de sua própria classe e mova ele para objetos separados chamados builders. Estruturalmente, temos o diretor, que define a ordem na qual executar as etapas de construção, e o builder, que provê a implementação dessas etapas.

Exemplo

Para o exemplo, considere o contexto da construção de um objeto Star, com atributos como nome, luminosidade, temperatura e massa. Com o padrão de projeto Builder, podemos separar a construção de uma estrela em passos individuais e fornecer métodos para configurar cada atributo separadamente. Nesse sentido, temos as classes:

• Star: Representa a estrela que queremos construir, com atributos como nome, luminosidade, temperatura e massa.

• StarBuilder: Define a interface para a construção de uma estrela. Contém métodos para definir os atributos.

• StarBuilderImpl: Implementa a interface StarBuilder. Responsável por construir a estrela, fornecendo métodos para configurar os atributos da estrela.

• StarDirector: Coordena o processo de construção da estrela. Recebe um StarBuilder e utiliza-o para construir uma estrela conforme uma sequência de passos.

• Main: Contém o código de exemplo para demonstrar como usar o padrão de projeto Builder para construir uma estrela.

O código de exemplo encontra-se aqui e a figura abaixo mostra o diagrama UML das classes descritas anteriormente.

📝 Decorator (estrutural)

Propósito

O padrão de projeto Decorator permite adicionar comportamentos adicionais a objetos dinamicamente. Ele é útil quando é preciso estender o comportamento de um objeto sem alterar sua estrutura básica.

Problema

Suponha que estamos lidando com objetos complexos que precisam de funcionalidades adicionais. A adição dessas funcionalidades através da herança de classes pode se tornar impraticável e a criação de subclasses para cada combinação de funcionalidades resultaria em uma hierarquia de classes inflexível.

Solução

O padrão Decorator sugere encapsular o objeto original em uma série de objetos decoradores, cada um adicionando responsabilidades adicionais sem afetar a estrutura do objeto original. Estruturalmente, o padrão Decorator consiste em um componente base que define a interface para os objetos que podem ser decorados, decoradores concretos que adicionam funcionalidades adicionais e um cliente que utiliza os objetos decorados.

Exemplo

Para o exemplo, considere o contexto da série Cosmos, de Carl Sagan, disponível no YouTube. Para criar uma aplicação que permite visualizar informações sobre os episódios da série, vamos criar um decorator para adicionar funcionalidades de legendas em diferentes idiomas aos episódios, com as classes:

• Episode: Interface que define o componente base que representa um episódio da série Cosmos;

• CosmosEpisode: Implementação concreta da interface Episode. Representa um episódio específico da série Cosmos";

• SubtitleDecorator: Classe abstrata que serve como base para todos os decoradores de legendas;

• PortugueseSubtitle: Implementação concreta do decorador para legendas em português;

• SpanishSubtitle: Implementação concreta do decorador de legendas para legendas em espanhol;

• Main: Cria instâncias de episódios e aplica os decoradores para adicionar legendas em português e espanhol.

O código de exemplo encontra-se aqui e a figura abaixo mostra o diagrama UML das classes descritas anteriormente.

📝 Observer (comportamental)

Propósito

O padrão de projeto Observer permite a definição de um mecanismo de assinatura para notificar múltiplos objetos sobre quaisquer eventos que aconteçam com o objeto que eles estão observando.

Problema

Em sistemas onde há objetos que precisam ser notificados sobre mudanças de estado de outros objetos, a implementação direta dessa funcionalidade pode resultar em um acoplamento excessivo entre os observadores e os objetos observados. Os objetos observados, por sua vez, mantêm uma lista de seus observadores e notificam todos eles quando seu estado é alterado.

Solução

O padrão Observer propõe a criação de uma estrutura na qual os objetos observadores se registram para receber notificações sobre mudanças de estado dos objetos observados.

Exemplo

Para o exemplo, considere o contexto de sondas espaciais. Para criar uma aplicação que monitore eventos espaciais, podemos utilizar o padrão de projeto Observer, diante das classes:

• SpaceProbe: Representa uma sonda espacial que é o objeto observado;

• Observer: Interface que define o contrato para todos os observadores;

• Subject: Interface que define o contrato para todos os sujeitos (objetos observados);

• SpaceAgency: Classe que representa um observador concreto, no caso uma agência espacial;

• CelestialBody: Classe que representa um corpo celeste genérico;

• Main: Exemplifica o uso do padrão Observer para notificar observadores sobre mudanças no estado da sonda espacial.

O código de exemplo encontra-se aqui e a figura abaixo mostra o diagrama UML das classes descritas anteriormente.

📚 Bibliografia

Marco Tulio Valente. Engenharia de Software Moderna: Princípios e Práticas para Desenvolvimento de Software com Produtividade, Editora: Independente, 2020.

Refactoring Guru. Padrões de Projeto. Disponível em: https://refactoring.guru/pt-br/design-patterns. Acesso em: 12 maio 2024.