Gang of Four (Design Patterns)

Mit der Viererbande (engl. Gang of Four (GoF)) sind Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson und John Vlissides gemeint. 1994 veröffentlichten sie das Buch „Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software“, ein Standardwerk im Bereich Softwaretechnik über Entwurfsmuster.

Der Grund für das Entstehen dieser Abkürzung ist angeblich, dass der Name des Buches und der Autoren zu lang sei, um ihn in einer E-Mail zu zitieren. Deshalb wird er oft nur als „GoF book“ abgekürzt. Im Quellcode mancher Open-Source-Projekte finden sich Kommentare wie „GOF:175“ (→ Decorator), die damit auf ein bestimmtes Entwurfsmuster in der englischen Ausgabe des Buches hinweisen.

Struktur

Die Beschreibung eines Entwurfsmusters durch die Gang of Four folgt dem folgenden Schema:

• Name und Klassifikation des Musters.
• Zweck des Musters.
• Synonyme: Andere bekannte Namen des Musters.
• Motivation: (Hinter-)Gründe für den Einsatz des Musters.
• Anwendbarkeit: Einsatzbereiche für das Muster.
• Struktur: Beschreibung der allgemeinen Struktur des Musters.
• Beteiligte Akteure: Klassen, die an dem Muster beteiligt sind.
• Zusammenspiel der beteiligten Klassen.
• Konsequenzen: Welche Vor- und Nachteile gibt es?
• Implementierung: Praxisrelevante Tipps, Tricks und Techniken sowie Warnung vor Fehlern, die leicht passieren können.
• Beispielcode: Quellcodefragment, das den Einsatz des Musters zeigt.
• Praxiseinsatz: Wo wird das Muster bereits eingesetzt?
• Querverweise: Wie spielt das Muster mit anderen Mustern zusammen?

Generell sollte die Dokumentation eines Entwurfsmusters ausreichende Informationen über das Problem, das das Muster behandelt, über den Kontext der Anwendung und über die vorgeschlagene Lösung bereitstellen. Viele Autoren lehnen ihren Aufbau an den der Beschreibungen der Gang of Four an und adaptieren sie an ihre Bedürfnisse.

Klassifikation

Die Viererbande klassifiziert Muster nach den beiden Kriterien des Zwecks (purpose) und des Bereichs, auf den sie wirken (scope).

Nach dem Zweck des jeweiligen Musters unterscheiden sie drei Gruppen: Die erste Gruppe der Erzeugungsmuster bezieht sich auf die Erzeugung von Objekten. So kann man etwa die Anzahl von erzeugten Objekten einer Klasse kontrollieren wollen, oder man will den konkreten Typ der erzeugten Objekte – abhängig von den jeweiligen Bedingungen – anpassen. Die zweite Gruppe umfasst Strukturmuster, die eine Vereinfachung der Struktur zwischen Klassen ermöglichen sollen. Komplexe Beziehungsgeflechte können beispielsweise über vermittelnde Klassen oder Schnittstellen logisch vereinfacht werden. Die dritte Gruppe der Verhaltensmuster betrifft das Verhalten der Klassen. Hierbei handelt es sich um die größte Gruppe von Mustern. Sie beziehen sich auf die Zusammenarbeit und den Nachrichtenaustausch von Klassen.

Nach ihrem Anwendungsbereich lassen sich Muster in Klassen- und Objektmuster einteilen. Klassenmuster beschreiben Beziehungen zwischen Klassen und bauen vorrangig Vererbungsstrukturen auf. Die Strukturen sind damit zur Übersetzungszeit festgelegt. Hingegen nutzen Objektmuster vorrangig Assoziationen und Aggregationen zur Beschreibung von Beziehungen zwischen Objekten. Die durch sie beschriebenen Strukturen zwischen Objekten sind zur Laufzeit dynamisch änderbar.

Erzeugungsmuster (Creational Pattern)

Erzeugungsmuster abstrahieren Objekterzeugungsprozesse. Klassenmuster nutzen dabei Vererbung, um die Klasse des zu erzeugenden Objekts zu variieren. Objektmuster delegieren die Objekterzeugung an andere Objekte.

• Klassenmuster
  • Fabrikmethode (Factory Method, Virtual Constructor)
• Objektmuster
  • Abstrakte Fabrik (Abstract Factory, Kit)
  • Erbauer (Builder)
  • Prototyp (Prototype)
  • Einzelstück (Singleton)

Strukturmuster (Structural Pattern)

Strukturmuster fassen Klassen und Objekte zu größeren Strukturen zusammen. Klassenmuster fassen dabei Schnittstellen und Implementierungen zusammen, während Objektmuster Objekte in eine Struktur einordnen. Durch Klassenmuster beschriebene Strukturen sind zur Übersetzungszeit festgelegt. Die durch Objektmuster beschriebenen Strukturen sind zur Laufzeit änderbar.

• Klassenmuster
  • Adapter (Adapter, Wrapper) (Adapter mit Vererbung oder Klassenadapter)
• Objektmuster
  • Adapter (Adapter, Wrapper) (Adapter mit Assoziation oder Objektadapter).
  • Brücke (Bridge, Handle/Body)
  • Kompositum (Composite)
  • Decorator (Wrapper)
  • Fassade (Facade)
  • Fliegengewicht (Flyweight)
  • Stellvertreter (Proxy, Surrogate)

Verhaltensmuster (Behavioral Pattern)

Verhaltensmuster beschreiben die Interaktion zwischen Objekten und komplexe Kontrollflüsse. Klassenmuster teilen die Kontrolle auf verschiedene Klassen auf, Objektmuster nutzen Komposition anstelle von Vererbung.

• Klassenmuster
  • Interpreter (Interpreter)
  • Schablonenmethode (Template Method)
• Objektmuster
  • Zuständigkeitskette (Chain of Responsibility)
  • Kommando (Befehl, Command, Action, Transaction)
  • Iterator (Iterator, Cursor)
  • Vermittler (Mediator)
  • Memento (Memento, Token)
  • Beobachter (Observer, Dependents, Publish-Subscribe, Listener)
  • Zustand (State, Objects for States)
  • Strategie (Strategy, Policy)
  • Visitor (Besucher)

Werke

• Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides: Design Patterns. Elements of Reusable Object-Oriented Software. Addison Wesley, 1994, ISBN 0-201-63361-2
• Erich Gamma, Richard Helm, Ralph E. Johnson, John Vlissides: Entwurfsmuster. Elemente wiederverwendbarer objektorientierter Software, Addison Wesley, München 2004, ISBN 3-8273-2199-9