Lập trình hướng đối tượng với Java - Nguyên lý thiết kế và mẫu thiết kế

îp xÊu nhÊt
Nguyên lý thiết kế… 12Nguyễn Việt Hà
GhÐp nèi chung (common coupling)
• C¸c module trao ®æi dữ liÖu th«ng qua biÕn tæng thÓ
• Lçi cña module nµy cã thÓ ¶nh h−ëng ®Õn ho¹t ®éng 
cña module kh¸c
• Khã sö dông l¹i c¸c module
Dữ liÖu
A
B
C
m« ®un g©y lçi
m« ®un gÆp lçi
Nguyên lý thiết kế… 13Nguyễn Việt Hà
GhÐp nèi ®iÒu khiÓn (control coupling)
• C¸c module trao ®æi th«ng tin ®iÒu khiÓn
• Lµm cho thiÕt kÕ khã hiÓu, khã söa ®æi, dÔ nhÇm
printName
(name, sex)
printRecord
Nguyên lý thiết kế… 14Nguyễn Việt Hà
GhÐp nèi nh·n (stamp coupling)
• C¸c module trao ®æi thõa th«ng tin
•Module cã thÓ thùc hiÖn chøc năng ngoµi ý muèn
• Lµm gi¶m tÝnh thÝch nghi
calcAge
(personel record)(age)
Nguyên lý thiết kế… 15Nguyễn Việt Hà
GhÐp nèi dữ liÖu (data coupling)
• TruyÒn dữ liÖu qua tham sè
• NhËn kÕt qu¶ qua tham sè vµ gi¸ trÞ tr¶ l¹i
(date)(day of week)
calcDayOfWeek
Nguyên lý thiết kế… 16Nguyễn Việt Hà
Cohesion
„ mçi module 
chØ nªn thùc 
hiÖn mét chøc 
năng
„ mäi thµnh 
phÇn nªn 
tham gia thùc 
hiÖn chøc 
năng ®ã
 functional high and best
 sequential ok
 communicational still ok
 procedural not bad at all
 temporal still not bad at all
 logical still not bad at all
 coincidental lowest and worst by far
Nguyên lý thiết kế… 17Nguyễn Việt Hà
C¸c chñng lo¹i kÕt dÝnh
• KÕt dÝnh gom gãp (coincidental cohesion)
- c¸c thµnh phÇn kh«ng liªn quan ®Õn nhau
• KÕt dÝnh l« gic (logical cohesion)
- c¸c thµnh phÇn lµm chøc năng l« gic t−¬ng tù
- vd: hµm xö lý lçi chung
• KÕt dÝnh thêi ®iÓm (temporal cohesion)
- c¸c thµnh phÇn ho¹t ®éng cïng thêi ®iÓm
- vd: hµm khëi t¹o (®äc dữ liÖu, cÊp ph¸t bé nhí...)
Nguyên lý thiết kế… 18Nguyễn Việt Hà
C¸c chñng lo¹i kÕt dÝnh
• KÕt dÝnh thñ tôc (procedural cohesion)
- c¸c thµnh phÇn t¹o cã mét thø tù x¸c ®Þnh
- vd: tÝnh l−¬ng c¬ b¶n, tÝnh phô cÊp, tÝnh b¶o hiÓm
• KÕt dÝnh truyÒn th«ng (communicational cohesion)
- c¸c thµnh phÇn truy cËp cïng dữ liÖu
- vd: thèng kª (tÝnh max, min, mean, variation...)
Nguyên lý thiết kế… 19Nguyễn Việt Hà
C¸c chñng lo¹i kÕt dÝnh
• KÕt dÝnh tuÇn tù (sequential cohesion)
- output cña mét thµnh phÇn lµ input cña 
thµnh phÇn tiÕp theo
- vd: ¶nh mÇu -> ®en tr¾ng -> ¶nh nÐn
• KÕt dÝnh chøc năng (functional cohesion)
- c¸c thµnh phÇn cïng gãp phÇn thùc hiÖn 
mét chøc năng
- vd: s¾p xÕp
Nguyên lý thiết kế… 20Nguyễn Việt Hà
Understandability
TÝnh hiÓu ®−îc
„ GhÐp nèi láng lÎo
„ KÕt dÝnh cao
„ Đ−îc lËp tµi liÖu
„ ThuËt to¸n, cÊu tróc dÔ hiÓu
Nguyên lý thiết kế… 21Nguyễn Việt Hà
ThiÕt kÕ h−íng ®èi t−îng
„ ThiÕt kÕ h−íng ®èi t−îng h−íng tíi chÊt 
l−îng thiÕt kÕ tèt
…®ãng gãi, che dÊu th«ng tin
… lµ c¸c thùc thÓ ho¹t ®éng ®éc lËp
… trao ®æi dữ liÖu qua th«ng ®iÖp
…cã kh¶ năng kÕ thõa
…côc bé, dÔ hiÓu, dÔ t¸i sö dông
Nguyên lý thiết kế… 22Nguyễn Việt Hà
Adaptability
TÝnh thÝch nghi ®−îc
„ HiÓu ®−îc
…söa ®æi ®−îc, t¸i sö dông được
„ Tù chøa
…kh«ng sö dông th− viÖn ngoµi
…m©u thuÉn víi xu h−íng t¸i sö dông
Nguyên lý thiết kế… 23Nguyễn Việt Hà
Adaptability (2)
„ Các chức năng cần được thiết kế sao cho dễ
dàng mở rộng mà không cần sửa các mã đã có
(Open closed principle)
„ Trừu tượng hóa là chìa khóa để giải quyết vấn 
đề này
… các chức năng trừu tượng hóa thường bất biến
… các lớp dẫn xuất cài đặt các giải pháp cụ thể
… sử dụng đa hình
„ Mẫu thiết kế: là thiết kế chuẩn cho các bài toán
thường gặp
Nguyên lý thiết kế… 24Nguyễn Việt Hà
Mẫu thiết kế (Design Patterns)
„ Creational - Thay thế cho khởi tạo tường minh, 
ngăn ngừa phụ thuộc môi trường (platform)
„ Structural - thao tác với các lớp không thay đổi 
được, giảm độ ghép nối và cung cấp các giải 
pháp thay thế kế thừa
„ Behavioral - Che dấu cài đặt, che dấu thuật 
toán, cho phép thay đổi động cấu hình của đối 
tượng
Nguyên lý thiết kế… 25Nguyễn Việt Hà
Abstract Factory
„ Một chương trình cần có khả năng chọn một 
trong một vài họ các lớp đối tượng
„ Ví dụ, giao diện đồ họa nên chạy được trên một 
vài môi trường
„ Mỗi môi trường (platform) cung cấp một tập các 
lớp đồ họa riêng:
WinButton, WinScrollBar, WinWindow
MotifButton, MotifScrollBar, MotifWindow
pmButton, pmScrollBar, pmWindow
Nguyên lý thiết kế… 26Nguyễn Việt Hà
Yêu cầu
„ Thống nhất thao tác với mọi đối tượng: 
button, window,...
… Dễ dàng - định nghĩa giao diện (interfaces):
„ Thống nhất cách thức tạo đối tượng
„ Dễ dàng thay đổi các họ lớp đối tượng
„ Dễ dàng thêm họ mới
Nguyên lý thiết kế… 27Nguyễn Việt Hà
Giải pháp
„ Định nghĩa Factory - lớp để tạo đối tượng:
class WidgetFactory {
Button makeButton(args) = 0;
Window makeWindow(args) = 0;
// other widgets…
}
Nguyên lý thiết kế… 28Nguyễn Việt Hà
Giải pháp (tt)
„ Định nghĩa Factory chi tiết cho từng họ lớp đối 
tượng:
class WinWidgetFactory extends WidgetFactory 
{
public Button makeButton(args) {
return new WinButton(args);
}
public Window makeWindow(args) {
return new WinWindow(args);
}
}
Nguyên lý thiết kế… 29Nguyễn Việt Hà
Giải pháp (tt)
„ Chọn họ lớp muốn dùng:
WidgetFactory wf =
new WinWidgetFactory();
„ Khi khởi tạo đối tượng, không dùng "new" mà
gọi:
Button b = wf.makeButton(args);
„ Thay đổi họ đối tượng - chỉ một lần trong mã cài 
đặt!
„ Thêm họ - thêm một factory, không ảnh hưởng 
tới mã đang tồn tại!
Nguyên lý thiết kế… 30Nguyễn Việt Hà
Sơ đồ lớp
Nguyên lý thiết kế… 31Nguyễn Việt Hà
Ứng dụng
„ Các hệ điều hành khác nhau
„ Các chuẩn look-and-feel khác nhau
„ Các giao thức truyền thông khác nhau
Nguyên lý thiết kế… 32Nguyễn Việt Hà
Composite
„ Một chương trình cần thao tác với các đối 
tượng dù là đơn giản hay phức tạp một 
cách thống nhất
„ Ví dụ, chương trình vẽ hình chứa đồng 
thời các đối tượng đơn giản (đoạn thẳng,
hình tròn, văn bản) và đối tượng hợp 
thành (bánh xe = hình tròn + 6 đoạn 
thẳng).
Nguyên lý thiết kế… 33Nguyễn Việt Hà
Yêu cầu
„ Thao tác với các đối tượng đơn giản/phức tạp một cách 
thống nhất - move, erase, rotate, set color
„ Một vài đối tượng hợp thành được định nghĩa tĩnh (bánh 
xe) trong khi một vài đối tượng khác được định nghĩa 
động (do người dùng lựa chọn...)
„ Đối tượng hợp thành có thể tạo ra bằng các đối tượng 
hợp thành khác
„ Chúng ta cần một cấu trúc dữ liệu thông minh
Nguyên lý thiết kế… 34Nguyễn Việt Hà
Giải pháp
„ Mọi đối tượng đơn giản kế thừa từ một giao diện 
chung, ví dụ Graphic:
class Graphic {
abstract void move(int x, int y);
abstract void setColor(Color c);
abstract void rotate(double angle);
}
„ Các lớp như Line, Circle... kế thừa Graphic và
thêm các chi tiết (bán kính, độ dài,...)
Nguyên lý thiết kế… 35Nguyễn Việt Hà
Giải pháp (tt)
„ Lớp dưới đây cũng là một lớp dẫn xuất:
class CompositeGraphic extends Graphic
{
Graphics list[];
...
public void rotate(double angle) {
for (int i=0; i<list.length; i++)
list[i].rotate();
}
}
Nguyên lý thiết kế… 36Nguyễn Việt Hà
Giải pháp (tt)
„ CompositeGraphic là
…một danh sách nên nó có add(), remove() và count()
…Graphic nên nó còn có rotate(), move() và setColor()
„ Các thao tác đó đối với một đối tượng hợp 
thành sử dụng một vòng lặp ‘for all’
„ Thao tác thực hiện ngay cả với trường hợp 
thành phần của Composite lại là một Composite 
khác - cấu trúc dữ liệu dạng cây
„ Có khả năng giữ thứ tự của các thành phần
Nguyên lý thiết kế… 37Nguyễn Việt Hà
Giải pháp (tt)
„Ví dụ tạo một đối tượng hợp thành:
CompositeGraphic cg;
cg = new CompositeGraphic();
cg.add(new Line(0,0,100,100));
cg.add(new Circle(50,50,100));
cg.rotate(90);
Nguyên lý thiết kế… 38Nguyễn Việt Hà
Sơ đồ lớp
„ Kế thừa đơn
„ Lớp cơ sở (root) chứa phương thức
add(), remove()
Nguyên lý thiết kế… 39Nguyễn Việt Hà
Ứng dụng
„ Được dùng trong hầu hết các hệ thống 
HĐT
„ Chương trình soạn thảo
„ Giao diện đồ họa
„ Cây phân tích cho biên dịch (một khối là
một tập các lệnh/lời gọi hàm/các khối 
khác)
Nguyên lý thiết kế… 40Nguyễn Việt Hà
Proxy Pattern
„ Các đối tượng có kích thước lớn, chỉ nên nạp 
vào bộ nhớ khi thực sự cần thiết; hay các đối 
tượng ở vùng địa chỉ khác (remote objects)
„ Ví dụ: Xây dựng một trình soạn thảo văn bản 
có nhúng các đối tượng Graphic
… Vấn đề đặt ra: Việc nạp các đối tượng Graphic 
phức tạp thường rất tốn kém, trong khi văn bản 
cần được mở nhanh
…Giải pháp: sử dụng ImageProxy
Nguyên lý thiết kế… 41Nguyễn Việt Hà
Sơ đồ lớp
Nguyên lý thiết kế… 42Nguyễn Việt Hà
Áp dụng 
„ Proxy được sử dụng khi nào cần thiết phải có
một tham chiếu thông minh đến một đối tượng 
hơn là chỉ sử dụng một con trỏ đơn giản
… cung cấp đại diện cho một đối tượng ở một không 
gian địa chỉ khác (remote proxy).
… trì hoãn việc tạo ra các đối tượng phức tạp (virtual 
proxy).
… quản lý truy cập đến đối tượng có nhiều quyền truy 
cập khác nhau (protection proxy).
… smart reference
Nguyên lý thiết kế… 43Nguyễn Việt Hà
Strategy
„ Chương trình cần chuyển đổi động giữa 
các thuật toán
„ Ví dụ, chương trình soạn thảo sử dụng 
vài thuật toán hiển thị với các hiệu 
ứng/lợi ích khác nhau
Nguyên lý thiết kế… 44Nguyễn Việt Hà
Yêu cầu
„ Thuật toán phức tạp và sẽ không có lợi khi 
cài đặt chúng trực tiếp trong lớp sử dụng 
chúng
…ví dụ: việc cài thuật toán hiển thị vào lớp 
Document là không thích hợp
„ Cần thay đổi động giữa các thuật toán
„ Dễ dàng thêm thuật toán mới
Nguyên lý thiết kế… 45Nguyễn Việt Hà
Giải pháp
„ Định nghĩa lớp trừu tượng để biểu diễn 
thuật toán:
class Renderer {
abstract void render(Document d);
}
„ Mỗi thuật toán là một lớp dẫn xuất
FastRenderer, TexRenderer, …
Nguyên lý thiết kế… 46Nguyễn Việt Hà
Giải pháp (tt)
„ Đối tượng "document" tự chọn thuật toán vẽ:
class Document {
render() {
renderer.render(this);
}
setFastRendering() {
renderer = new FastRenderer();
}
private Renderer renderer;
}
Nguyên lý thiết kế… 47Nguyễn Việt Hà
Sơ đồ lớp
Nguyên lý thiết kế… 48Nguyễn Việt Hà
Ứng dụng
„ Chương trình vẽ/soạn thảo
„ Tối ưu biên dịch
„ Chọn lựa các thuật toán heuristic khác 
nhau (trò chơi...)
„ Lựa chọn các phương thức quản lý bộ
nhớ khác nhau