Design Patterns: cosa sono e a cosa servono

Cosa sono i Design Patterns?

Nell’ambito dello sviluppo software, soprattutto in grandi progetti, è fondamentale che il codice scritto sia efficiente, manutenibile e comprensibile. E proprio con quest’obiettivo entrano in gioco strumenti concettuali noti come “pattern di sviluppo” o “design patterns“.

I Design Patterns sono modelli che forniscono delle linee guida per affrontare problemi comuni nella progettazione e nell’implementazione del software.

Essi non sono blocchi di codice pronti all’uso, ma piuttosto templates concettuali che offrono soluzioni standardizzate a problemi di design ricorrenti.

Nati dall’esperienza collettiva e dall’osservazione di numerosi progetti software, questi pattern si sono affermati come best practice nel settore della software engineering.

A cosa serve un Design Pattern?

I Design Patterns, nel campo della software engineering, servono come strutture guida per affrontare e risolvere problemi di progettazione comuni e ricorrenti.

Essi sono particolarmente utili per diversi motivi:

1. Standardizzazione delle soluzioni. I design patterns forniscono soluzioni standardizzate, consentendo agli sviluppatori di applicare approcci collaudati ed affidabili senza dover reinventare soluzioni per problemi già ampiamente risolti.
2. Miglioramento della qualità del codice. Attraverso l’adozione di questi modelli, gli sviluppatori sono in grado di scrivere codice più pulito, organizzato e conforme a principi di buona progettazione, migliorando così la qualità generale del software.
3. Facilitare la manutenibilità e la scalabilità. I design patterns aiutano ad organizzare il codice in modo che sia più facile da comprendere, manutenere, modificare ed estendere, aumentando l’efficienza dello sviluppo e la longevità delle soluzioni software.
4. Promuovere il riutilizzo del codice. Fornendo un framework per soluzioni riutilizzabili, i design patterns incoraggiano la riusabilità del codice, riducendo così lo sforzo e il tempo necessari per lo sviluppo di nuove applicazioni o funzionalità.
5. Facilitare la comunicazione tra sviluppatori. I design patterns creano un linguaggio comune, facilitando la comunicazione tra gli sviluppatori, specialmente in team grandi o distribuiti.
6. Prevenzione degli errori comuni. L’adozione di design patterns aiuta a prevenire errori comuni e vulnerabilità nella progettazione del software, in modo da creare sistemi più robusti e sicuri.

I concetti di classe e oggetto nella programmazione OOP

Nel mondo della programmazione orientata agli oggetti (OOP), i concetti di “classe” e “oggetto” sono fondamentali.

Una classe può essere intesa come un modello o una definizione che descrive le proprietà (dati) e i comportamenti (metodi o funzioni) che caratterizzeranno un certo tipo di entità nel software. Essa agisce come una sorta di “blueprint” o “matrice” per creare oggetti. Le classi definiscono le caratteristiche comuni e il comportamento degli oggetti che verranno creati da esse, ma non sono esse stesse gli oggetti.

Un oggetto, d’altra parte, è un’istanza concreta di una classe. Quando si crea un oggetto, si sta utilizzando la struttura definita dalla classe per costruire un’entità reale nel software. Ogni oggetto ha un proprio stato, definito dai valori delle sue proprietà, e può eseguire azioni tramite i metodi definiti nella sua classe. Gli oggetti sono quindi le entità operative nel programma, che interagiscono tra loro e svolgono le funzioni richieste.

Per fare un’analogia semplice, se consideriamo una classe come il progetto di una casa, gli oggetti sarebbero le case reali costruite seguendo quel progetto. Ogni casa (oggetto) avrà le sue caratteristiche specifiche (come il colore delle pareti o il tipo di tetto) ma seguirà lo stesso piano generale (la classe).

Questo approccio permette di creare software modulare e riutilizzabile, dove le classi forniscono i template e gli oggetti sono le entità operative concrete.

Le tipologie di Design Patterns

I design patterns nel campo dello sviluppo software sono generalmente classificati in tre categorie principali, ognuna rivolta a tipi specifici di problemi di progettazione: creazionali, strutturali e comportamentali.

Ognuna di queste categorie aiuta a risolvere un tipo distinto di problema di progettazione, permettendo agli sviluppatori di scegliere il pattern più adatto in base alle specifiche esigenze del loro progetto software.

Design Patterns “creazionali”

Questi pattern riguardano il processo di creazione degli oggetti. Il loro obiettivo è di rendere il sistema indipendente dall’esatto modo in cui i suoi oggetti vengono creati, composti e rappresentati.

I pattern creazionali spesso nascondono la logica di creazione degli oggetti, aumentando la flessibilità e la riutilizzabilità del codice. Esempi di pattern creazionali sono:

• Singleton
• Factory Method
• Abstract Factory
• Builder
• Prototype

Design Patterns “strutturali”

Questi pattern si concentrano su come le classi e gli oggetti vengono composti per formare strutture più ampie. Aiutano a garantire che quando un elemento della struttura cambia, l’intera struttura non debba essere modificata.

I pattern strutturali facilitano la progettazione garantendo che il sistema sia facile da comprendere e manutenibile. Esempi di pattern strutturali sono:

• Adapter
• Composite
• Proxy
• Flyweight
• Facade
• Bridge
• Decorator

Design Patterns “comportamentali”

Questi pattern sono concentrati sulle interazioni tra gli oggetti. Si occupano di come gli oggetti comunicano tra loro e di come distribuiscono le responsabilità. Questi pattern aiutano a rendere le interazioni tra gli oggetti più flessibili e meno accoppiate. Esempi di pattern comportamentali sono:

• Observer
• Strategy
• Command
• Iterator
• State
• Visitor
• Mediator
• Memento
• Chain of Responsibility
• Interpreter

Esempio di pattern Factory Method con PHP Laravel

In Laravel, il Factory Method è un pattern di design creazionale che viene utilizzato per creare oggetti senza specificarne la classe concreta.

Questo pattern, utilizzato dai programmatori PHP, è particolarmente utile in Laravel quando si lavora, ad esempio, con la generazione di dati per i test, dove si utilizzano le factory per creare istanze di modelli Eloquent (l’ORM fornito dal framework).

Ecco un esempio pratico di come si potrebbe implementare il Factory Method in Laravel.

Passo 1: Creare un Modello Eloquent

Supponiamo di avere un modello Eloquent chiamato Post. Lo creiamo con il comando Artisan:

php artisan make:model Post

Passo 2: Definire le Proprietà del Modello

Aggiungiamo alcune proprietà al nostro modello Post, come title e content:

namespace App\Models;

use Illuminate\Database\Eloquent\Factories\HasFactory;
use Illuminate\Database\Eloquent\Model;

class Post extends Model
{
    use HasFactory;

    protected $fillable = ['title', 'content'];
}

Passo 3: Creare una Factory per il Modello

Ora creiamo una factory per il nostro modello Post:

php artisan make:factory PostFactory

Questo comando genera una classe factory nella directory database/factories.

Passo 4: Definire la Factory

Definiamo la factory per specificare come generare un’istanza del modello Post:

namespace Database\Factories;

use App\Models\Post;
use Illuminate\Database\Eloquent\Factories\Factory;

class PostFactory extends Factory
{
    protected $model = Post::class;

    public function definition()
    {
        return [
            'title' => $this->faker->sentence,
            'content' => $this->faker->paragraph
        ];
    }
}

Passo 5: Utilizzare la Factory nel Database Seeder o nei Test

Ora possiamo utilizzare questa factory per creare istanze di Post nel nostro seeder o nei test:

// Nel Database Seeder
Post::factory()->count(10)->create();

// Nei Test
$post = Post::factory()->create();

In questo esempio, abbiamo utilizzato il Factory Method per definire come creare istanze del modello Post. Laravel rende questo processo particolarmente elegante e semplice grazie all’integrazione delle factory con Eloquent, permettendo una facile generazione di dati per i test o per il database seeding (popolamento).

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