SpaghettiCode Blog - Post nella categoria Design Patterns

Decorator è un design pattern comune nella programmazione ad oggetti che mi capita di usare spesso, almeno nelle sue forme più semplici.

L’utilizzo del pattern Decorator così come codificato nel libro Design Patterns della GoF è consigliato quando:

• si vuole modificare le funzionalità di un dato oggetto in modo dinamico, senza per questo coinvolgere altri oggetti della stessa classe
• si desidera che le funzionalità aggiunte possano essere eventualmente tolte
• non è possibile utilizzare l’ereditarietà a causa dell’alto numbero di funzionalità aggiunte o a causa dell’elevato numero di sottoclassi che si renderebbero necessarie per supportare ogni loro possibile combinazione

Ecco lo schema UML che descrive il Decorator:

Data una classe astratta Component si crei una sottoclasse ConcreteComponent che implementi il metodo operation(). Si introduca ora una ulteriore sottoclasse astratta Decorator in cui il metodo operation() deleghi ad un oggetto di tipo ConcreteComponent. Le sottoclassi concrete di Decorator ConcreteDecoratorA e ConcreteDecoratorB si occuperanno quindi di aggiungere le funzionalità richieste all’oggetto originale.

Vediamo subito un esempio concreto, con del codice che ricalchi pedissequamente lo schema UML originale. Iniziamo col definire la classe astratta Logger e la classe concreta ConcreteLogger:

class Logger # Component
  def initialize
    raise 'This is an abstract class!'
  end
  
  def log(message) # operation()
    @buffer.puts message
  end
  
  def read
    @buffer.rewind
    @buffer.read
  end
end

class ConcreteLogger < Logger # ConcreteComponent
  def initialize
    @buffer = StringIO.new
  end
end

A questo punto passiamo alla classe astratta LoggerDecorator e alle sue implementazioni concrete:

class DecoratorLogger < Logger  # Decorator
  def initialize
    raise 'This is an abstract class!'
  end

  def log(message) # operation()
    @logger.log(message)
  end
  
  def read
    @logger.read
  end
end

class LineNumberedLogger < DecoratorLogger # ConcreteDecoratorA
  def initialize(logger)
    @logger = logger
    @count = 0
  end
  
  def log(message) # operation()
    @count += 1
    @logger.log("#{@count} #{message}")
  end
end

class TimeStampedLogger < DecoratorLogger #ConcreteDecoratorB
  def initialize(logger)
    @logger = logger
  end
  
  def log(message) # operation()
    @logger.log("#{Time.now} #{message}")
  end
end

Come già detto sopra è importante notare che il pattern Decorator fa uso della delegation.
A questo punto proviamo il codice creando qualche oggetto:

logger = ConcreteLogger.new
logger.log "hello"
puts logger.read
# hello

numbered = LineNumberedLogger.new(logger)
numbered.log "ciao"
puts numbered.read
# hello
# 1 ciao

timestamped = TimeStampedLogger.new(numbered)
timestamped.log "hola"
puts timestamped.read
# hello
# 1 ciao
# 2 Thu Jul 01 19:18:34 +0200 2010 hola

Una volta compreso il funzionamento del pattern originale è possibile (anzi doveroso) semplificare il codice come segue:

class Logger
  def initialize
    @buffer = StringIO.new
  end
  
  def log(message)
    @buffer.puts message
  end
  
  def read
    @buffer.rewind
    @buffer.read
  end
end

module Loggable
  def initialize(logger)
    @logger = logger
  end
  
  def log(message)
    @logger.log(message)
  end
  
  def read
    @logger.read
  end
end

class LineNumberedLogger
  include Loggable
  
  def log(message)
    @count ||= 1
    @logger.log("#{@count} #{message}")
    @count += 1
  end
end

class TimeStampedLogger
  include Loggable
  
  def log(message)
    @logger.log("#{Time.now} #{message}")
  end
end

Nei casi più semplici tutto questo non è necessario: Ruby infatti ci permette di modificare direttamente il comportamento di un singolo oggetto accedendo alla sua singleton class:

class Logger
  # as above
end

logger = Logger.new

class << logger
  alias log_old log
  
  def log(message)
    @count ||= 1
    log_old "#{@count} #{message}"
    @count += 1
  end
end

logger.log "Hello World"
puts logger.read
# 1 Hello World

class << logger
  alias log_old_1 log
  
  def log(message)
    log_old_1 "#{Time.now} #{message}"
  end
end

logger.log "Ciao Mondo"
puts logger.read
# 1 Hello World
# 2 Thu Jul 01 19:18:34 +0200 2010 Ciao Mondo

Nel primo esempio la nuova implementazione del metodo log aggiunge un timestamp alla stringa e poi richiama il metodo log_old che contiene l’implementazione originale. Nel secondo esempio l’aliasing del metodo viene fatta su log_old_1 per evitare di sovrascrivere il metodo log_old di cui abbiamo ancora bisogno.
Lo svantaggio di questo sistema è che diventa difficile gestire la catena di alias qualora si dovessero aggiungere parecchi altri decorator.

Un’altra soluzione potrebbe essere l’utilizzo di moduli per modificare il comportamento dell’oggetto logger:

class Logger
  # as above
end

module TimeStampable
  def log(message)
    super "#{Time.now} #{message}"
  end
end

module LineNumerable
  def log(message)
    @count ||= 1
    super "#{@count} #{message}"
    @count += 1
  end
end

logger = Logger.new
logger.extend LineNumerable

logger.log "Hello World"
puts logger.read
# 1 Hello World

logger.extend TimeStampable
logger.log "Ciao Mondo"
puts logger.read
# 1 Hello World
# 2 Thu Jul 01 19:18:34 +0200 2010 Ciao Mondo

Anche in questo caso abbiamo degli svantaggi: non è più possibile chiamare la vecchia implementazione di log se non con super nel blocco di codice che ridefinisce il metodo stesso, ma in molti casi questo potrebbe non essere un problema.

Observer è uno dei design pattern che mi capita di usare più spesso scrivendo applicazioni con Ruby on Rails: quando si ha a che fare con interazioni tra modelli la cosa più sensata da fare è infatti ricorrere ad un observer di ActiveRecord.

Observer è un design pattern tanto frequente e utile che persino la Standard Library di Ruby include un modulo (chiamato non a caso Observable) che ci semplifica la vita ogni qual volta abbiamo bisogno di una classe che al verificarsi di determinate condizioni si occupi di informare altri oggetti.

Ho realizzato un semplice esempio che sfrutta il modulo Observable per realizzare un gioco simile al bingo; si inizia creando la classe che si occuperà di gestire il gioco informando i giocatori sui numeri estratti:

require 'observer'

class Bingo
  include Observable
  
  NUMBERS = (1..90).to_a
  
  def initialize
    @remaining_numbers = NUMBERS.sort_by {rand}
    @players = []
  end
  
  def start
    extract until @remaining_numbers.empty?
  end
  
  def extract
    extracted = @remaining_numbers.pop
    changed
    notify_observers(extracted)
  end
end

I passi da seguire qui sono:

• caricare e includere il modulo Observable nella classe
• creare un array (in questo caso @players) che contenga gli oggetti da tenere informati
• ogni qual volta si vuole inviare una notifica si deve usare il metodo changed per dichiarare che c’è stato un cambiamento e successivamente chiamare il metodo notify_observers

Procediamo ora con la creazione della classe Player che si occuperà di ricevere le notifiche in arrivo e agire di conseguenza:

class Player
  def initialize(name, numbers)
    @name = name
    @numbers = numbers
  end
  
  def update(extracted)
    @numbers.delete(extracted)
    call_for_victory if @numbers.empty?
  end

  def call_for_victory
    puts "Bingo! #{@name} won this game."
    exit
  end
end

Qui l’unico passo richiesto è creare il metodo update che verrà chiamato ad ogni notifica.
A questo punto non ci resta che creare qualche instanza delle classi e iniziare il gioco, che si concluderà con la vittoria del primo giocatore che avrà visto chiamare tutti i suoi numeri:

game = Bingo.new
fred = Player.new('Fred', [39, 65, 66, 19, 5, 51])
wilma = Player.new('Wilma', [8, 16, 66, 50, 90, 12])
barney = Player.new('Barney', [3, 10, 40, 22, 67, 34])

[fred, wilma, barney].each do |player|
  game.add_observer player
end

game.start