Factory Method 2003/07/18 特徴スーパークラスで複数のインスタンスを管理するためのパターン ( スーパークラス ( の型として ) で扱いたいインスタンスが存在するが, スーパークラスではそのインスタンスを生成せずにインターフェースだけを規定し, 各サブクラスでそのインスタン

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1 Factory Method 特徴スーパークラスで複数のインスタンスを管理するためのパターン ( スーパークラス ( の型として ) で扱いたいインスタンスが存在するが, スーパークラスではそのインスタンスを生成せずにインターフェースだけを規定し, 各サブクラスでそのインスタンスを生成させる. そして, そのリストをインスタンスを作成したクラス ( インスタンス ) で保持する.) Template Method の応用事例クラス図インターフェース Creator Creates Product create factorymethod method1 method2 method3 インスタンス生成対象のクラス ConcreteCreator Creates ConcreteProduct factorymethod method1 method2 method3 各クラスの説明 Product 製品 : ( 製品の ) フレームワークこのパターンによって生成されるインスタンス (ConcreteProduct のインスタンス ) が持つべきインターフェースを定める抽象クラス ConcreteProduct 具体的製品 : 具体的な製品を定めるクラス. Creator 生産者 :( : 生産者の ) フレームワークあるいは 工場 に対応 Product インスタンスを生成する抽象クラス具体的な内容はサブクラスの ConcreteCreator で設定する (Creator は Product を生成することしか役目を知らない ) ConcreteCreator 具体的生産者 : 具体的な製品を作るクラス 適用例 ( Java 言語で学ぶデザインパターン入門 より ) 身分証明書カード (ID カード ) を作る工場 ( 個人のカード (IDCard) を作成し,ID Factory 内でリストに持つ ) 各クラスの説明 Product 抽象メソッド use のみ宣言されている抽象クラス Factory メソッド create を実装している抽象クラス IDCard メソッド use を実装しているクラス IDCardFactory メソッド createproduct, registerproduct を実装しているクラス Main 動作テスト用クラス IDCardFactory インスタンス IDCard IDCard インスタンスIDCard リスト IDCard IDCard これらは親クラスであり ( 各型の ) 変数を設定し, 利用する Factory create( ) createproduct( ) registerproduct( ) IDCardFactory owners( ) Creates Creates Product use( ) IDCard owner IDCard のインスタンスを作成する ICCard のインスタンスをリストに追加する IDCard のリスト (Vector クラス ) の先頭アドレスを渡す ( 返す ) createproduct( ) registerproduct( ) getowners( ) 17 ( 個々のカードの ) インスタンスを作成 リストに追加 use( ) getowner( ) こちらのクラスがインスタンス作成の対象

2 プログラム Product.java public abstract class Product { public abstract void use(); Factory.java public abstract class Factory { public final Product create(string owner) { Product p = createproduct(owner); registerproduct(p); return p; protected abstract Product createproduct(string owner); protected abstract void registerproduct(product product); IDCardFactory.java import java.util.*; IDCard.java public class IDCard extends Product { Product private String owner; コンストラクタ IDCard(String owner) { System.out.println(owner + " "); this.owner = owner; public void use( ) { System.out.println(owner + " "); public String getowner() { return owner; 実装されたメソッド抽象メソッドを利用して実装 製品を作成している (Product のインスタンスを作成 ) 戻り値は 製品 ( そのインスタンス ) Factory public class IDCardFactory extends Factory { private Vector owners = new Vector(); protected Product createproduct(string owner) { return new IDCard(owner); protected void registerproduct(product product) { owners.add(((idcard)product).getowner()); public Vector getowners() { return owners; Main.java Main public class Main { public static void main(string[] args) { Factory factory = new IDCardFactory(); Product card1 = factory.create(" "); Product card2 = factory.create(" "); Product card3 = factory.create(" "); card1.use(); card2.use(); card3.use(); 実行結果 >java Main 山田太郎のカードを作ります 関大太郎のカードを作ります 関大花子のカードを作ります 山田太郎のカードを使います 関大太郎のカードを使います 関大花子のカードを使います (Owner の ) リストを持つために Vector クラスのインスタンスを作成 IDCard getowner( ) Factory ( 親クラス ) の変数に IDCardFactory インスタンスを作成し, 代入 ( インスタンスは 1 つ ) 工場 (factory) のメソッドを利用して, 各人のカード ( 製品 ) を作成 製品で受ける 各人のカード ( 製品 ) の利用 18

3 Adapter 特徴 既に存在するもの と 必要なもの を繋ぐためのパターン 既に存在するもの を 必要なもの の形状に変換させて ずれを なくすパターン既存のクラスを変更せず, 目的のインターフェースに合わせるパターン 2 種類の実装方法が存在 ( 継承を利用したもの, 委譲を利用したもの ).Wrapper パターンとも呼ばれる. クラス図 Client Uses <<interface>> Target targetmethod1( ) targetmethod2( ) Client implements extends Adapter targetmethod1( ) targetmethod2( ) 継承 の利用による Adapter パターン Adaptee methoda( ) methodb( ) methodc( ) Uses Target targetmethod1( ) targetmethod2( ) extends has Adapter targetmethod1( ) targetmethod2( ) 委譲 の利用による Adapter パターン Adaptee methoda( ) methodb( ) methodc( ) 各クラスの説明 Adaptee 適合される側 :(Target のメソッドとは異なる ) 用意されたメソッドを持つ ( 問題とされる既存のクラス ( システム )) Adapter 変換接合部分 ( アダプター ):Adaptee のメソッドを利用してTargetのメソッドに対応させるクラス ( 下の2パターンがある ) 継承 を利用してAdapteeのメソッドを利用(Adapter のクラスで実装 ) 委譲 を利用してAdapteeのメソッドを利用(Adapter のインスタンスによって実装 ) Target 対象 : 必要とするメソッドを決めているクラス ( 使用するメソッドを用意 ( 宣言 ) する ) Client 依頼者 :Target のメソッド利用して仕事をするクラス 委譲 : 別のもの( 人 ) に任せること であり Javaの場合では あるインスタンスのメソッドの処理を別のインスタンスのメソッドに任せること である. 具体的にはあるインスタンスAの属性に別クラスのインスタンス Bを持たせ,Aのメソッドの処理をBのメソッドによって実行する. 19

4 A b (B のオブジェクト ) func( ){ b.func( ) B func( ) A のオブジェクトのメソッド func( ) の処理が, B のオブジェクト b のメソッド func( ) に任せられる 適用例 ( Java 言語で学ぶデザインパターン入門 より ) 与えられた文字列に対して, ( 文字列 ) や * 文字列 * と, 表示するメソッドを持つ既存のクラス (Banner) が存在する. 今, 文字列を強くあるいは弱く表現するために上の ( と * をそれぞれ利用して表現したいが, 文字列を強くあるいは弱く表現するメソッド ( クラス ) も予め用意されているとする. このため, 文字列を強くあるいは弱く表現するメソッドを変換させて, 文字列を ( あるいは * で表現する. 各クラスの説明 Print 今必要とするもの ( 必要とする処理を持つクラス ) メソッド printweak( 文字列を弱く印刷 ),printstrong( 文字列を強く印刷 ) PrintBanner 変換および適合部 Banner 予め与えられているもの ( 既存のもの, 既存のメソッドが用意されているもの ) メソッド showwithparen ( 括弧を付けて表示 ),showwithaster(* を付けて表示 ) Main 動作テスト用の Main クラス継承によるパターン Main Uses <<interface>> Print printweak( ) printstrong( ) implements extends PrintBanner printweak( ) printstrong( ) 継承 の利用による Adapter パターン Banner showwithparen( ) showwithaster( ) PrintBanner.java ( ) public class PrintBanner extends Banner implements Print { public PrintBanner(String string) { super(string); // 親クラスのコンストラクタ public void printweak( ) { インターフェース showwithparen( ); のメソッド名を利 public void printstrong( ) { 用して, 親クラス showwithaster( ); ( 既存クラス Banner ) のメソ ッドを呼ぶ Banner.java( ( 既存のクラス : このメソッドを利用する ) public class Banner { private String string; public Banner(String string) { this.string = string; public void showwithparen() { System.out.println("(" + string + ")"); public void showwithaster() { System.out.println("*" + string + "*"); 20

5 Print.java ( ) public interface Print { public abstract void printweak(); public abstract void printstrong(); 抽象メソッドの指定実装は PrintBanner で行う 委譲によるパターン Main.java public class Main { public static void main(string[] args) { Print p = new PrintBanner("Hello"); p.printweak(); p.printstrong(); 利用対象は必要とされる機能 ( クラス ) のメソッドを持つ PrintBanner Main Uses Print printweak( ) printstrong( ) extends PrintBanner banner printweak( ) printstrong( ) has 委譲 の利用による Adapter パターン Banner showwithparen( ) showwithaster( ) Print.java ( 抽象 (abstract) クラス ) public abstract class Print { public abstract void printweak(); public abstract void printstrong(); その他のクラス (Main, Banner ) は同じ 実行結果 >java Main (Hello) *Hello* PrintBanner.java (Print クラスからの継承 ( サブクラス )) public class PrintBanner extends Print { private Banner banner; public PrintBanner(String string) { this.banner = new Banner(string); public void printweak() { banner.showwithparen(); public void printstrong() { banner.showwithaster(); 既存のクラスのインスタンスを持つ コンストラクタで自分のインスタンスの作成と同時に Banner のインスタンスを作成する 抽象クラスのメソッドの実装で既存のクラス (Banner) のメソッドを呼ぶ < 委譲の利用 > 21

6 Observer 特徴観察対象の状態が変化すると, 観察者に対して何らかの通知を行うパターン状態の変化に応じた処理を記述するときに有効クラス図 Subject observers addobserver deleteobserver nitifyobservers getsubjectstatus ConcreteSubject getsubjectstatus Notifies Observer update ConcreteObserver update 各クラスの説明 Subject 被験者 観察される側 ( むしろ, 状態の変化を通知する側 ) 観察者 (Observer) を登録する ( 登録および削除するメソッドを持つ ) 状態が変化したことを観察者に通知する ConcreteSubject 具体的な被験者を設定するクラス Observer 観察者 観察する側 ( 通知を受けて変更を行なう側 ) 被験者 (Subject) から状態の変化を教えてもらう ( そして, 具体的な観察者 ( 子クラス ) に処理内容を指示する ) Concrete Observer 具体的な観察者を設定するクラス ( 変更内容を教えてもらい ( 通知を受けて ) 変更をする ) 適用例 1( UMLPress Vol.1 より) 証券会社の新人社員 A さんの仕事は, 日経平均の動向を調べ, 前日の終値の ±200 円を越えた場合に顧客リストをもとに, 各顧客に株価一覧を FAX することである. 顧客には会社員, 法人企業, 学生などがいる. なお, 顧客リストの作成, メンテナンスは A さんの先輩が行う. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) <<interface>> FAX +FAX ( ) A ( ) ( ) Observer 適用例 2( Java 言語で学ぶデザインパターン入門 より ) 数を多数発生させるオブジェクトを観察者 (ConcreteSubject) が観察して, その値を表示する. 表示方法は観察者によって異なり,DigitObserver では値を数字で,GraphObserver ではグラフで表示する. 22

7 Obsever インスタンスのリストへの追加 Obsever インスタンスのリストからの削除 Obsever インスタンスへの状態変化の通知 NumberGenerator observers addobserver( ) deleteobserver( ) nitifyobservers( ) getnumber( ) execute( ) RandomNumberGenerator random number getnumber( ) execute( ) Notifies DigitObserver update 実装するメソッド <<interface>> Observer update これはインターフェースなのでメソッドの宣言のみ. 実装は子クラスで行なう. GraphObserver update これが重要 NumberGenerator.java (Subject に相当. 数を生成し, その値を渡すクラス ( 抽象クラス )) ) import java.util.vector; import java.util.iterator; public abstract class NumberGenerator { private Vector observers = new Vector( ); // Observer たちを保持するためのリストの設定 public void addobserver(observer observer) { // Observer を追加 observers.add(observer); public void deleteobserver(observer observer) { // Observer を削除 observers.remove(observer); public void notifyobservers() { // Observerへ通知 Iterator it = observers.iterator( ); while (it.hasnext()) { Observer o = (Observer)it.next( ); o.update(this); public abstract int getnumber(); public abstract void execute(); 親の型の変数 (DigiObserver, GraphObserver のインスタンスどちらでも入れられる ) 23 // 数を取得する // 数を生成する NumberGenerator は抽象クラス Vector のオブジェクトを作成し, この中に Observer のオブジェクトを格納する Vector Observer のオブジェクトを 1 つずつ取り出す この 2 つのメソッドは抽象メソッド RandomNumberGenerator.java (NumberGenerator クラスの実装部.Subject. の具象クラス ) import java.util.random; 具体的に数 ( 乱数 ) を生成し, その値を渡すクラス public class RandomNumberGenerator extends NumberGenerator { private Random random = new Random(); // 乱数発生器 private int number; // 現在の数 public int getnumber() { // 数を取得する return number; NumberGenerator クラスで宣 言された2つの抽象メソッドはこ public void execute() { こで実装 for (int i = 0; i < 20; i++) { number = random.nextint(50); notifyobservers(); 親クラス ( 抽象クラス ) 内のメソッドを呼ぶ

8 Observer.java ( 観察者のインターフェース ) public interface Observer { public abstract void update(numbergenerator generator); DigitObserver.java (Observer インターフェースの具象クラス ) public class DigitObserver implements Observer { public void update(numbergenerator generator) { System.out.println("DigitObserver:" + generator.getnumber()); try { Thread.sleep(100); catch (InterruptedException e) { GraphObserver.java (Observer インターフェースの具象クラス ) public class GraphObserver implements Observer { public void update(numbergenerator generator) { System.out.print("GraphObserver:"); int count = generator.getnumber(); for (int i = 0; i < count; i++) { System.out.print("*"); System.out.println(""); try { Thread.sleep(100); catch (InterruptedException e) { Main.java ( 処理実行用プログラム ) public class Main { public static void main(string[] args) { NumberGenerator generator = new RandomNumberGenerator(); Observer observer1 = new DigitObserver(); Observer observer2 = new GraphObserver(); generator.addobserver(observer1); // 実行結果 generator.addobserver(observer2); // generator.execute(); // 実行 >java Main DigitObserver:47 GraphObserver:*********************************************** DigitObserver:48 GraphObserver:************************************************ DigitObserver:19 updata のみの抽象メソッドとして宣言 (NumberGenerator のオブジェクトを引数 ) updata を実装 NumberGenerator のオブジェクトから数値を取り出し, 数値を表示 Generator( 親の型 ) の変数を引数としているので, 子クラスの Random も利用できる updata を実装 NumberGenerator のオブジェクトから数値を取り出し, 表として表示 (* の数で表示 ) 数値発生クラス (Subject) のオブジェクト作成 2 種類の観察者のオブジェクトをそれぞれ作成型が Observer( 抽象クラス ) であることに注意 数値発生オブジェクトに観察者 ( 処理する ) オブジェクトをリストに登録する ( これで NumberGenerator のインスタンス変数 Observers のリスト内に DigitObserver のインスタンスが格納された ) 24

9 Facade 特徴 複雑で多数存在する処理( のためのクラス ) をまとめて, 共通のインターフェースを提供するパターン システムの外部に対しては単純なインターフェースを見せ, システム内部の各クラスの役割や依存関係から正しい順番でクラスを利用する ( 複雑な内部構造を外部に対しては単純に見せる ) Facade パターンはシステムの外部に対する窓口窓口に相当する (Facade の語源は façade( 建物の正面 の意味)) クラス図 Client Facade Uses ClassA ClassD ClassB ClassC 各クラスの説明 Client Facade ClassA~D など 依頼人依頼人 Client に対する窓口各処理 適用例 (UMLPress Vol.1 より ) 洗濯機の代表的な機能には 洗う, すすぐ, 脱水する の 3 つである. ここで, 洗う 機能には 30 分かけて洗う, 強めに洗う 丁寧に洗う などの多種の洗い方が存在することが考えられ, さらに, すすぐ や 脱水する においても時間や処理法方法に細かに指定する必要がある. しかし, これらを細かく設定する場合だけではなく, お任せ洗い のようにボタン一つにより処理を行う場合もあり, 全ての処理を自動処理する場合や細かく処理を指定して利用できることが必要である. お任せ洗い のようにボタン一つで自動的に処理を行うシステム構成を Façade パターンによって実現できる. ( ). ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 25

10 適用例 2( Java 言語で学ぶデザインパターン入門 より ) ユーザーの Web ページを作成するシステムを実装する. システムは 3 つのクラスから構成される. これらは, メールアドレスから名前を得るデータベース (DataBase),HTML ファイルを作成するクラス (HtmlWriter),Facade 役のインターフェース (API) を提供するクラス (PageMaker) で構成される. [ 処理内容 ] html (mail.txt) PageMaker makewelcomepage() (hanako@kandai.com) (welcome.html) Main Uses PageMaker makewelcompage( ) Uses Uses HtmlWriter writer title( ) paragraph( ) link( ) mailto( ) close( ) Database getproperties( ) PageMaker.java (Façade ( 役のクラス : メールアドレスからユーザの Web ページを作成するクラス ) package pagemaker; import java.io.filewriter; import java.io.ioexception; import java.util.properties; データベース ( ファイルの ) 名前 まとめられた一連の処理 public class PageMaker { private PageMaker() { // インスタンスは作らないので private 宣言する HtmlWriter クラス と Database クラス public static void makewelcomepage(string mailaddr, String filename) { からなる処理が記述 try { Properties mailprop = Database.getProperties("maildata"); //Database のクラスメソッド String username = mailprop.getproperty(mailaddr); HtmlWriter writer = new HtmlWriter(new FileWriter(filename)); // HtmlWriter の // コンストラクタ writer.title("welcome to " + username + "'s page!"); // HtmlWriterのメソッド writer.paragraph(username + " のページへようこそ "); // HtmlWriterのメソッド writer.paragraph(" メールまっていますね "); // HtmlWriterのメソッド writer.mailto(mailaddr, username); // HtmlWriterのメソッド writer.close(); // HtmlWriterのメソッド System.out.println(filename + " is created for " + mailaddr + " (" + username + ")"); catch (IOException e) { e.printstacktrace(); 関連するクラスのオブジェ クトを作成 ( そのクラスのメ ソッドを実行するため ) HtmlWriter.java ( 個々の処理 :HTML : ファイルを作成するクラス ) package pagemaker; 26

11 import java.io.writer; import java.io.ioexception; public class HtmlWriter { private Writer writer; public HtmlWriter(Writer writer) { // コンストラクタ this.writer = writer; public void title(string title) throws IOException { // タイトルの出力 writer.write("<html>"); writer.write("<head>"); writer.write("<title>" + title + "</title>"); writer.write("</head>"); writer.write("<body> n"); writer.write("<h1>" + title + "</h1> n"); public void paragraph(string msg) throws IOException { // 段落の出力 メッセージの出力 writer.write("<p>" + msg + "</p> n"); public void link(string href, String caption) throws IOException { // リンクの出力 paragraph("<a href= "" + href + " ">" + caption + "</a>"); public void mailto(string mailaddr, String username) throws IOException { // メールアドレスの出力 link("mailto:" + mailaddr, username); リンク先の出力 public void close() throws IOException { // 閉じる writer.write("</body>"); writer.write("</html> n"); メールアドレスの writer.close(); 出力 Database.java ( 個々の処理 : メールアドレスからユーザを得るクラス ) package pagemaker; import java.io.fileinputstream; import java.io.ioexception; import java.util.properties; データベース名 ( ファイル名 ) public class Database { private Database() { // new でインスタンス生成させないために private 宣言 public static Properties getproperties(string dbname) { // データベース名から Properties を得る String filename = dbname + ".txt"; Properties prop = new Properties(); try { prop.load(new FileInputStream(filename)); catch (IOException e) { System.out.println("Warning: " + filename + " is not found."); return prop; main.java ( 動作テスト用の実行部のクラス ) import pagemaker.pagemaker; Pagemaker フォルダ内の PageMaker.java を import public class Main { public static void main(string[] args) { PageMaker.makeWelcomePage("hanako@kandai.com", "welcome.html"); PageMaker のクラスメソッド makewelcomepage() を実行 ( 引数はアドレスと出力ファイル名 ) 27 HTML ファイルのタグを書く部分 プロパティを作成し, 読み込んだデータを返す

12 パッケージ ファイル名 ( クラス名 ) 特徴 pagemaker Database メールアドレスからユーザ名を得るクラスデータベース名を指定して Properties を作成するクラス pagemaker HtmlWriter HTML ファイルを作成するクラス pagemaker PageMaker メールアドレスからユーザの Web ページを作成するクラス Main 動作テストのクラス maildata.txt taro@yamada.com=yamada Taro taro@kandai.com=kandai Taro hanako@kandai.com=kandai Hanako Main.java << ディレクトリ構造 >> mail.txt メールのデータベース welcome.html 実行時に作成 pagemaker Database.java HtmlWriter.java PageMaker.java 実行結果 >java Main welcome.html is created for hanako@kandai.com (Kandai Hanako) Welcome.html 内の記述 <html><head><title>welcome to Kandai Hanako's page!</title></head><body> <h1>welcome to Kandai Hanako's page!</h1> <p>kandai Hanako </p> <p> </p> <p><a href="mailto:hanako@kandai.com">kandai Hanako</a></p> </body></html> 28