Entwurfsmuster: Design Patterns in der objektorientierten Softwaretechnik

197 Pages·1999·17.329 MB·German

by  Klaus Quibeldey-Cirkel (auth.)

Entwurfsmuster
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Klaus Quibeldey-Cirkel
Entwurfsmuster
Design Patterns
in der objektorientierten Softwaretechnik
Mit 47 Abbildungen
Springer
Klaus Quibeldey-Cirkel
Universität Siegen
Technische Informatik
Hölderlinstraße 3, D-57068 Siegen
Die Deutsche Bibliothek - GP-Einheitsaufnahme
Entwurfs muster [Medienkombination]: Design-Patterns in der
objektorientierten Softwaretechnik/Klaus Quibeldey-Cirkel. -
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Buch. 1999
CD-ROM. 1999
ISBN 978-3-642-63632-5 ISBN 978-3-642-58527-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-58527-2
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1999
Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlni Heidelberg New York 1999
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1999
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Satz: Satzerstellung durch den Autor
SPIN 10721535 33/3142 - 5 4 3 2 1 0 - Gedruckt auf säurefreiem Papier
Danksagung
Mein Dank gilt ... an die Fachgemeinschaft
• den Kollegen und Wegbegleitern:
Georg Odenthal für sein Engagement und seine Beiträge sowie
Walter Lang für seine Textkritik,
• den Pattern-Aktivisten:
Erich Gamma, Frank Buschmann, Dirk Riehle und Jens Coldewey
für ihre Daten und Diskussionen sowie
• dem Kenner der amerikanischen Schreib kultur:
Gerd Bräuer, Emory University, Atlanta, für seine Durchsicht und
Quellenhinweise.
Das Buch stimmt im wesentlichen mit meiner Habilitationsschrift überein;
als Gutachter konnte ich die Universitätsprofessoren Hans Wojtkowiak und
Heinz Züllighoven gewinnen. Für ihre Unterstützung und Kritik bedanke
ich mich sehr. Dank gebührt auch den Korrekturlesern der Buchfassung:
Andre Berten und Hans Peter Kunz.
Zuletzt, und doch an erster Stelle, danke ich meiner Familie für die geborgte ... an Gabi mit
Zeit. Laura, Linda, Lotta & Lasse
Marburg, im Frühling 1999 Klaus Quibeldey-Cirkel
Universität Siegen
Fachbereich Elektrotechnik und Informatik
0-57068 Siegen
E-Mail: [email protected]
Homepage: www.ti.et-inf.uni-siegen.de/staff/ quibeldey /uebermich.html
FTP-Server: ftp.ti.et-inf.uni-siegen.de
v
Umschlag
5 oftware-S trukturen in drei Auflösungen
1. Punktdiagramm: Es visualisiert ein C-Programm aus 3.400 Zeilen
-: • "" '11 • [Church & Helfman, 1993]. Könnte manl hineinzoomen, sähe man
, "'. '~J ,'.'
den Quelltext zeilenweise aufgereiht wie Perlen auf der Schnur: am
oberen Rand von links nach rechts und am linken Rand von oben
nach unten. Ein Punkt ~,J) zeigt, daß die i-te Programmzeile mit der
j-ten übereinstimmt; einige Punktmengen bilden "selbstähnliche"
Strukturen, siehe Seite 19.
2. Klassendiagramm: Es beschreibt ein gleich langes C++-Programm
[Odenthai & Quibeldey-Cirke~ 1996]. Vererbungs-, Aggregations
und Botschaftslinien verknüpfen 30 Klassen, siehe Seite 122.
3. Musterdiagramm: Es umgrenzt die Klassen, die ein Entwurfsmuster
nach [Gamma et al., 1995] ausprägen. Hier sind es 7 Ausprägungen
der Muster F ACADE, SINGLETON, OB SERVER, COMPOSITE und
PROXY.
Die Beschreibungskomplexität verringert sich somit von 3.400 über 30 auf
7 Software-Strukturen.
Eine Fußnote zum Genus der Buchakteure: Die Motive der Frauenbewegung,
Einfluß auf die Sprache zu gewinnen, sind sicher ehrenwert; doch erbitterte
Emanzipation würde unsere Sprache belasten - "mit kaum erträglicher Um
ständlichkeit und oft lächerlichem Klang", wie Wolf Schneider in seiner Stil
kunde betont [Schneider, 1988]. "Das Wörtchen man ist als maskulin entlarvt
und soll durch man/frau oder durch mensch ersetzt werden ... Da der Mann so
gar in jemand und niemand steckt - sollen wir niefrau oder niemensch sagen?"
vi
Problem - Kontext - Kräfte -
Lösung
Ein guter Compiler ist in der Sprache geschrieben, die er übersetzen soll. In Literarisches
Selbstanwendung des Musterkonzeptes schreibe ich also das Vorwort zum Bootstrapping
Thema in der Musteiform.
Mustcrform
Problem
Die Hauptfragen dieses Buches sind methodische und didaktische der Software
technik; ab einer gewissen Entwurfskomplexität (Entwurf als Prozeß und
Produkt verstanden, Komplexität jenseits von hundert vernetzten Modulen)
werden Entwerfer und Anwender vor Lehr- und Lernprobleme gestellt
• Erfahrung ist erprobtes Wissen, sie setzt das Erlebnis voraus; Entwer- Transfer und
fen in der Industrie läßt dies aber nicht zu: Im Sog neuer Techniken Wiederverwendung
und kurzlebiger Märkte bleibt dem Entwerfer keine Zeit, um das von Erfahrungswissen
Versuch-und-Irrtum-Prinzip auszuleben. Die Frage heißt Wie kann
der Unerfahrene aus der Erfahrung des Experten lernen? Metho-
den- und Faktenwissen allein genügen nicht, umproduktiv zu werden.
Umgekehrt: Wie kann der Experte seine Erfahrungen vermitteln -
eingängig und in kürzester Zeit?
vii
Vorwort
Orientierung • WiedervefWendung ist die Maxime für die schnelle Markteinführung ei
in fremden Entwürfen nes Entwurfs; Wiederverwendung im großen Stil erlauben objektori
entierte Frameworks, das sind anpaßbare Systemkomponenten: Soft
ware-Halbfabrikate im allgemeinen, Komplettlösungen im Einzel
fall.2 Wiederverwendet werden hier sowohl der Programmcode als
auch der Entwurf, der einer Familie von Anwendungen gemeinsam
ist. Somit ist der Aufwand, um eine Anwendung aus einem Standard
Framework zu entwickeln, deutlich geringer als für eine Eigenent
wicklung. Die Komplexität heutiger Frameworks, meist einige hun
dert Klassen und Kommunikationspfade, erschwert indes das Fin
den und Verstehen der Anpassungsstellen. Die Frage lautet: Wie
kommt der Anwendungsprogrammierer zum notwendigen Architek
turverständnis?Wie findet er sich rasch zurecht im fremden Entwurf?
Entwurf und • Objektorientierte Frameworks erfüllen am wirtschaftlichsten den
Dokumentation Wiederverwendungs-Anspruch; sie sind aber auch schwierig zu ent
komplexer Komponenten werfen: Wie kann der Entwerfer die Anpassungsstellen flexibel ge
stalten? Wie dokumentiert er die variablen und die festen Aspekte sei
nes Frameworks? Verallgemeinert handelt es sich hier um die alten
Leiden des Software-Entwerfers, der sich im Wirrwarr seiner oder
fremder Unterlagen zurechtfinden muß, um Entwurfsentscheidun
gen in der Software-Architektur zu revidieren.
Kontext
Das Problem steht im Mittelpunkt des Erfahrungsaustausches im GI-Ar
beitskreis "Frameworks & Entwurfsmuster". 3 Dieser setzt sich großenteils
aus industriellen Framework-Entwicklern zusammen; dort bin ich zuständig
für das Thema Entwurfsmuster. Der technische Kontext des Buches deckt
sich mit den Fragen des Arbeitskreises; zwei Projekte bilden die Basis:
2 Die Übersetzung "Rahmen" ist selten; gemeint sind Software-Infrastruktur:en,
die der Anwender für seinen Zweck um einzelne Funktionen erweitert.
3 http://www.uni-paderborn.de/cs/ag-engels/ag...dt/GI/gi-fg219.htm
viii
Problem - Kontext - Kräfte - Lösung
1. ein Evaluierungsprojekt mit der SAP AG, Walldorf Forschung und Praxis
Thema: Entwurf und Implementierung einer Schnittstelle zwi
schen dem SAP-R/3 Business Object Repository und der
Open Scripting Architecture [Odenthai & Quibeldey
Cirke~ 1996]
Problem: Entwerfen und Dokumentieren mit Entwurfsmustern
2. ein Kooperationsprojekt mit der Fachhochschule Konstanz
Thema: H1ML-basierte Softwaredokumentation mit Entwurfs
mustern [Blachnik, 1997]
Problem: Entwurf eines werkzeuggestützten Dokumentationsmo
dells für die Nachdokumentation eines Frameworks aus
der Fertigungstechnik
Mit dem softwaretechnischen Kontext überlappt sich der fachdidaktische: Lehre
Für das Studium der Technischen Informatik wurde ein Studienmodell ent
worfen - lriformatik-Systemtechnik4 [Lang et al., 1995; Quibeldey-Cirke~ 1994c,
1995b]. Hier dienen Entwurfsmuster als Leitbild für die berufliche Qualifi
zierung. Zentraler Teil dieses Studienmodells ist die Vorlesung "Objektorien-
tierter Systementwurf".5 Aus meiner Lehr-Erfahrung und der Betreuung von
Studienprojekten konnte ich Jachdidaktische Muster ableiten; sie ergänzen die
Lehrmuster, die derzeit im Internet gesammelt werden - "Pedagogical Pat-
terns: Successes in Teaching Object Technology".
6
Kräfte
Gibt es andere Wege des Wissens transfers und Erfahrungserwerbs? Wann
sind diese vorzuziehen? Lehr- und Handbücher, Bauteilekataloge und DIN
Blätter - unsere Fachliteratur bietet sich an als Meterware. Vermittelt die tra
ditionelle Prozeß- und Produktdokumentation Entwurfserfahrung in wieder
verwendbarer Form?
4 http://www.ti.et-inf.uni-siegen.de/ECBS/leitbilder.htm
5 http://www.ti.et-inf.uni-siegen.de/courses/ oos/ oos.html
6 http://www-lifia.info.unlp.edu.ar/ppp/
ix
Vorwort
Was sind die Kräfte, an deren Kompensation eine Lösung zu bewerten ist?
Ökonomie • Lern-und Anwendungsökonomie des Transfermediums
Effizienz des Zugriffs? Steile Lernkurve? Nachhaltigkeit des erwor
benen Wissens? Aktualisierbarkeit des Wissens?
Ergonomie • Benutzerakzeptanz des Transfermediums
Einfach zu erlernen? Leserfreundlich? Gleichermaßen anwendbar
vom Anfänger und Experten? Verläßlichkeit? Verbreitung?
Der Prüfstein für die Kompensation dieser Kräfte heißt Veifügbarkeit und
Wiedervenvendbarkeit von Expertenwissen in allen drei Arten: Methoden- und
Faktenwissen einerseits, Erfahrungswissen andererseits.
Lösung
Die Lösung des fachdidaktischen Problems - wie lehre ich Erfahrungswis
sen? - liegt in der Anwendung eines neuen Lehrvehikels: der Musteiform. Sie
vermittelt Erfahrungen kurz und bündig, so daß ein unerfahrener Entwerfer
schnell produktiv wird. Entwurfsmuster und ihre Verknüpfung zuMusterspra
ehen verdichten das Expertenwissen eines Fachgebiets.
Die Lösung des softwaretechnischen Problems - wie entwerfe und doku
mentiere ich komplexe Komponenten? -liegt in der methodischen Verzah
nung beider Handlungen: "Documenting by Designing". Die Verzahnung
erreichen wir durch eine HJPertext-Dokumentationsmethode, die sich an
Entwurfsmustern orientiert. Indem wir Form und Inhalt der Muster wech
selseitig anwenden, werden unsere Entwürfe lesbarer und verständlicher; wir
entwerfen und dokumentieren zugleich und schöpfen so aus der dualen Na
tur der Muster: sie sind sowohl generativ, die Lösung erzeugend, als auch de
skriptiv. die .. ung beschreibend.
Die Lösungsstrukturen, ihre Anwendbarkeit und Folgerungen werde ich in
dieser Arbeit zeigen und Praxisbeispiele geben.
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