توسعه و نگهداری نرم‌افزار از پارامترهای بسیار مهم در طول چرخه استفاده از نرم‌افزار است. توسعه دهندگان و برنامه‌نویسان در فرایند توسعه و نگهداری با چالش‌های زیادی مانند پیچیدگی کد و توسعه‌پذیری روبه‌رو هستند. استفاده از الگوی طراحی یا Design Patterns یک راه‌حل اساسی برای حل این مشکل خاص است. الگوی طراحی به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند تا کدی خواناتر، قابل نگهداری‌تر و توسعه‌پذیرتر بنویسند. در این مقاله دیزاین پترن یا الگوی طراحی چیست؟، ابتدا مفهوم الگوی طراحی را معرفی کرده و سپس به معرفی انواع مختلف الگوی طراحی خواهیم پرداخت. در نهایت، مزایای استفاده از الگوی طراحی را بررسی خواهیم کرد.

دیزاین پترن یا الگوی طراحی چیست؟

در برنامه‌نویسی برای یکسری از مسائل و مشکلات پرتکرار و رایج فارغ از زبان برنامه‌نویسی راه‌حل‌هایی استاندارد ارائه شده است که به آن رادیزاین پترن یا الگوی طراحی می گویند. اینها راه حل‌هایی است که توسط توسعه دهندگان نرم‌افزار برای حل مشکلاتی که در طول زمان و در پروژه‌های مختلف به طور مکرر رخ می‌دهند، توسعه یافته‌اند. دیزاین پترن‌ها به طور گسترده در توسعه نرم‌افزار استفاده می‌شوند و می‌توانند در طیف وسیعی از زبان‌ها و چارچوب‌ها اعمال شوند. آنها یک ابزار ارزشمند برای توسعه دهندگان هستند که می‌توانند به برنامه‌نویسان کمک کنند کد خود را با کیفیت بالاتر و کارآمدتر تولید کنند.

تاریخچه مختصری از الگوی طراحی

مفهوم الگوی طراحی برای اولین بار در دهه 1960 توسط کریستوفر الکساندر در کتاب “A Pattern Language: Towns، Buildings،Construction” مطرح شد. الکساندر الگوها را، راهکارهایی تکرارشونده برای مشکلات طراحی در زمینه‌های مختلف از جمله معماری، برنامه نویسی و مهندسی می‌دانست. در دهه 1970، ایده الگوهای طراحی توسط دانلد نورمن در کتاب “The Design of Everyday Things” گسترش یافت. نورمن نشان داد که الگوها می‌توانند برای بهبود طراحی محصولات و خدمات استفاده شوند. در دهه 1980، الگوهای طراحی در زمینه برنامه نویسی شی‌گرا محبوبیت یافتند. در سال 1994، چهار نفر از مهندسان نرم‌افزار با نام‌های اریش گاما، جان ویلیسیدس، رالف جانسون و ریچارد هلم، کتاب “Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software” را منتشر کردند. این کتاب 23 الگو را برای طراحی شی‌گرا معرفی کرد و به سرعت به یکی از پرفروش‌ترین کتاب‌های مهندسی نرم‌افزار تبدیل شد.

استفاده از دیزاین پترن چه مزایایی دارد؟

استفاده از الگوی طراحی مزایای بسیاری برای توسعه نرم‌افزار به همراه دارد، ولی به عنوان اصلی‌ترین مزیت می‌توان به بهرمهندی از تجربه بهترین برنامه‌نویسان و متخصصان در فرایند توسعه نرم‌افزار اشاده کرد. در ادامه به معرفی برخی از آنها پرداخته‌ایم:

1. افزایش کیفیت نرم افزار

از مزایای اصلی توسعه نرم افزار با استفاده از الگوهای طراحی، بالا رفتن کیفیت نرم‌افزار است. دیزاین پترن‌ها به توسعه دهندگان کمک می‌کند تا نرم افزار کدنویسی کنند که مزایایی زیر را داشته باشد.

• کد نویسی قابل فهم: الگوها به توسعه دهندگان کمک می‌کنند تا کد خود را به گونه‌ای بنویسند که برای دیگران قابل فهم باشد. این امر باعث می‌شود که نرم‌افزار برای توسعه دهندگان بعدی آسان‌تر و قابل فهم‌تر باشد.
• قابل نگهداری ساده‌تر: الگوها به توسعه دهندگان کمک می‌کنند تا نرم افزاری طراحی کنند که به راحتی قابل تغییر و توسعه باشد. این امر باعث می‌شود که نرم‌افزار به مرور زمان بتواند با تغییرات نیازهای کاربران سازگار شود.
• قابلیت تست پذیری بالا: الگوها به توسعه دهندگان کمک می‌کنند تا نرم افزاری طراحی کنند که به راحتی قابل تست باشد. این امر باعث می‌شود که نرم‌افزار از نظر عملکرد ایمن‌تر باشد.

2. امکان استفاده مجدد نرم افزار

امکان استفاده مجدد در طراحی پترن به این معنی است که می‌توان از یک الگوی طراحی واحد برای حل چندین مشکل مشابه استفاده کرد. این امر می‌تواند منجر به افزایش بهره‌وری، کاهش کدنویسی تکراری و بهبود کیفیت کد شود.

امکان استفاده مجدد یکی از مزایای اصلی استفاده از طراحی پترن است. این امکان به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند تا از کدی که قبلاً نوشته شده، استفاده کنند. این امر می‌تواند منجر به افزایش بهره‌وری و کاهش زمان توسعه شود. همچنین، امکان استفاده مجدد می‌تواند به بهبود کیفیت کد کمک کند؛ زیرا توسعه‌دهندگان می‌توانند از الگوهای طراحی اثبات‌شده استفاده کنند که توسط سایر توسعه‌دهندگان آزمایش و ارزیابی شده‌اند.

3. کاهش احتمال وقوع خطا

زمانی که توسعه دهنده از الگوی طراحی استفاده کند، می‌تواند با کاهش در طراحی نرم افزار، احتمال بروز خطا را نیز کاهش دهد.

۴. امکان توسعه نرم افزار در آینده

الگو طراحی یکی از مهم‌ترین مفاهیم در نرم افزار است. الگوها راه‌حل‌های اثبات‌شده‌ای برای مشکلات رایج در توسعه نرم افزار هستند. استفاده از الگوها می‌تواند به توسعه‌دهندگان کمک کند تا نرم‌افزاری باکیفیت‌تر، قابل‌اعتمادتر و قابل‌توسعه‌تر ایجاد کنند.

علاوه بر این، با پیشرفت هوش مصنوعی در آینده، الگوی طراحی نقش مهم‌تری در توسعه نرم افزار ایفا خواهد کرد. توسعه‌دهندگان می‌توانند از الگوها برای ایجاد نرم‌افزار به طور خودکار استفاده کنند. هوش مصنوعی می‌تواند الگوها را شناسایی و اعمال کند؛ این امر می‌تواند به توسعه‌دهندگان کمک کند تا نرم‌افزاری باکیفیت‌تر و در زمان خیلی کمتر ایجاد کنند.

۵. استانداردسازی

در طراحی نرم افزار، استانداردسازی یکی از اصول بسیار مهم است. الگوهای طراحی این امکان را برای تیم‌های توسعه نرم افزار فراهم می‌کنند تا با استانداردسازی کدها، به یک رویکرد قابل فهم دست یابند.

معرفی انواع دیزاین پترن (Design Patterns) در مهندسی نرم افزار

تا اینجا مقاله متوجه شدیم که دیزاین پترن یا الگوی طراحی چیست؟ و با مزایا استفاده از الگوهای طراحی در توسعه نرم افزار آشنا شدیم. در ادامه به معرفی انواع دیزاین پترن ها که به 3 دسته کلی Creational Design Patterns، Structural Design Patterns، Behavioral Design Patterns تقسیم می شود می پردازیم.

1. الگوهای طراحی ایجادی (Creational Design Patterns)

الگوهای طراحی ایجادی (Creational Design Patterns) الگوهایی هستند که نحوه ایجاد اشیا در یک سیستم را تعریف می‌کنند. این الگوها به طراحان کمک می‌کنند تا اشیا را به صورت انتزاعی ایجاد و از وابستگی بین کلاس‌ها و اشیاء جلوگیری کنند. الگوهای طراحی ایجادی به طور کلی به چند دسته تقسیم می‌شوند:

• Singleton: این الگو اطمینان حاصل می‌کند که فقط یک نسخه از یک شی در سیستم وجود داشته باشد.
• Factory: این الگوها یک رابط مشترک برای ایجاد اشیا فراهم می‌کنند. این امر باعث می‌شود کاربر بدون دانستن نحوه ایجاد اشیا، بتواند از آنها استفاده کند.
• Abstract Factory: این الگو یک رابط مشترک برای ایجاد مجموعه‌ای از اشیاء مرتبط فراهم می‌کند.
• Factory Method: این الگو یک رابط مشترک برای ایجاد اشیا فراهم می‌کند.
• Builder: این الگوها مسئولیت ایجاد اشیا را به یک کلاس مجزا محول می‌کنند. این امر باعث می‌شود کد سازنده از کد کاربری جدا شده و انعطاف پذیری سیستم را افزایش دهد.

2. الگوهای طراحی ساختاری (Structural Design Patterns)

الگوهای طراحی ساختاری (Structural Design Patterns) مجموعه‌ای از راه حل‌هایی هستند که برای حل مشکلات توسعه پذیری ساختار نرم افزارها، به کمک برنامه نویسان می‌آیند. این الگوها برای مدیریت ارتباط میان کلاس‌ها و شی‌ها با یکدیگر استفاده می‌شوند. الگوهای طراحی ساختاری به چند دسته تقسیم می‌شوند:

• Adapter: این الگو به اشیا با رابط‌های ناسازگار امکان همکاری می‌دهد.
• Bridge: این الگو یک کلاس بزرگ یا مجموعه‌ای از کلاس‌های نزدیک را به دو سلسله مراتب جداگانه تقسیم می‌کند.
• Composite: این الگو به شما اجازه می‌دهد اشیا را در ساختارهای درختی ترکیب کنید و سپس با آنها مانند یک کلاس جداگانه کار کنید.
• Decorator: این الگو به شما اجازه می‌دهد با قرار دادن اشیا در داخل کلاس‌هایی که مخصوص و حاوی رفتارها هستند، رفتارهای جدیدی را به اشیا پیوند دهید.
• Facade: برای دستیابی به زیرسیستم‌های پیچیده، باید از یک رابط ساده‌تر استفاده کرد. فساد این رابط را برای توسعه دهندگان فراهم می‌کند.

3. الگوهای طراحی رفتاری (Behavioral Design Patterns)

الگوهای طراحی رفتاری، الگوهایی هستند که نحوه ارتباط و همکاری اشیاء را در یک سیستم نرم‌افزاری تعیین می‌کنند. این الگوها به توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند تا کدهای انعطاف‌پذیرتر و قابل توسعه‌تر بنویسند. تقسیم بندی این الگو به شرح زیر است:

• Singleton: یک شی واحد از یک کلاس را ایجاد می‌کند.
• Factory: شی‌های مورد نیاز را در زمان اجرا ایجاد می‌کند.
• Command: یک درخواست را به یک شی دیگر منتقل می‌کند.
• Template Method: یک الگوی کلی برای انجام یک کار را تعریف می‌کند.
• Iterator: به شما این امکان را می‌دهد تا مجموعه‌ای از عناصر را به صورت تکراری مرور کنید.
• State: رفتار یک شی را بر اساس وضعیت آن تغییر می‌دهد.

سخن پایانی

الگوهای طراحی مانند نقشه‌های راه هستند که به توسعه دهندگان کمک می‌کنند تا نرم افزارهای پیچیده را به روشی موثر و کارآمد طراحی کنند. این الگوها از تجربیات گذشته توسعه دهندگان استفاده می‌کنند تا راه حل‌هایی برای مشکلات رایج ارائه دهند. با استفاده از الگوهای طراحی، می‌توان نرم افزاری قابل توسعه و مقیاس‌پذیر ایجاد کرد که به راحتی قابل نگهداری و اشکال زدایی است. شناخت الگوهای طراحی برای همه برنامه نویسان، چه مبتدی و چه پیشرفته، ضروری است. با آشنایی با الگوهای طراحی، می‌توان از تجربیات دیگران استفاده کرد و نرم افزاری با کیفیت بالاتر و با کارایی بیشتر ایجاد کرد.