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2020-04-09-design-pattern-ch06.md

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[디자인 패턴] Chapter 6. 프로토타입(Prototype) 패턴
Hiroshi Yuki, Java 언어로 배우는 디자인 패턴 입문
true
true
Ch6. 프로토타입(Prototype) 패턴
teaser
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컴퓨터공학
디자인-패턴
java
2020-04-09 22:00:00 +0900

01. Prototype 패턴

  • 일반적인 인스턴스 생성은, 클래스의 생성자를 호출한다.
    new Something();
    • 인스턴스 생성 시에 반드시 클래스 이름을 지정해야 한다.
  • 의도
    • 클로스로부터 인스턴스를 새로 만드는 것이 아니라, 현재 존재하는 인스턴스를 복사(복제)해서 새로운 인스턴스를 만들 필요가 있을 때, 이 작업을 편하게 하기 위해 사용한다.
      • ①종류가 너무 많아 클래스로 정리되지 않는 경우
      • ②클래스로부터 인스턴스 생성이 어려운 경우
      • ③framework와 생성할 인스턴스를 분리하고 싶은 경우
  • Prototype
    • 원형, 모범
    • "모범이 되는 인스턴스를 기초로 똑같은 새로운 인스턴스를 만든다"
    • 클래스 안에, 자신을 복사하는 메소드를 두자.
      • 복제(복사): 모든 필드 값이 동일한 인스턴스를 생성함

02. 예제 프로그램

  • 문자열을 틀에 넣어서 표시하거나 밑줄을 그어 표시
패키지 이름 해설
framework Product 추상 메소드 use와 createClone이 선언되어 있는 인터페이스
framework Manager createClone을 사용해서 인스턴스를 복제하는 클래스
Anonymous MessageBox 문자열을 틀에 넣어 표시하는 클래스.
use와 createClone을 구현하고 있다.
Anonymous UnderLinePen 문자열에 밑줄을 그어 표시하는 클래스.
use와 createClone을 구현하고 있다.
Anonymous Main 동작 테스트용 클래스

클래스 다이어그램

{: width="80%" height="70%"}

Product 인터페이스

  • java.lang.Cloneable 인터페이스를 상속함
    • 이를 구현한 클래스는, clone() 메소드를 이용해서 복제를 만들어낼 수 있다.
  • use()
    • '사용'을 위한 메소드
    • '사용'이 실제 무엇을 의미하는지는 하위 클래스의 구현이 결정함
  • createClone() 메소드
    • 인스턴스를 복제하기 위한 것
package framework;
import java.lang.Cloneable;

public interface Product extends Cloneable {
	public abstract void use(String s);
	public abstract Product createClone();
}

Manager 클래스

  • Product 인터페이스를 이용해서 인스턴스를 복제하는 일을 함
  • showcase 필드
    • java.util.HashMap (name-value 쌍들을 저장하고 관리하는 자료구조)
    • Product의 '이름'과 '인스턴스'를 저장함
  • register() 메소드
    • 제품의 '이름과'과 제품의 '인스턴스'를 showcase에 저장함
    • 인수로 전달되는 Product형의 proto는 Product 인터페이스를 구현한 클래스의 인스턴스(즉, use나 createClone 메소드를 호출할 수 있는 인스턴스)
  • Create() 메소드
    • 등록된 제품의 createClone()을 호출하여 복사본을 만든 다음, 이것을 반환한다.
package framework;
import java.util.*;

public class Manager {
	private HashMap showcase = new HashMap();
	public void register(String name, Product proto) {
		showcase.put(name, proto);
	}
	public Product create(String protoname) {
		Product p = (Product)showcase.get(protoname);
		return p.createClone();
	}
}

Product 인터페이스 / Manager 클래스

  • Product 인터페이스나 Manager 클래스의 소스에, 구체적인 제품인 MessageBox나 UnderlinePen 클래스의 이름이 전혀 등장하지 않는다.
    • Manager 클래스는, 구체적인 클래스 이름을 사용하지 않고, Product 인터페이스 이름만을 사용한다.
    • framework와 구체적인 클래스를 분리함
    • Product나 Manager를, 구체적인 클래스와 상관없이 수정할 수 있다.

MessageBox 클래스

  • Product 인터페이스를 구현
  • decochar 필드
    • 문자열을 둘러쌀 장식 문자
  • use() 메소드
    • 주어진 문자열을 decochar로 둘러싸서 출력하는 일을 한다.
  • createClone() 메소드
    • 자기 자신을 복제하는 메소드 (자신의 clone()을 호출함)
    • clone(): 인스턴스가 가지고 있는 필드 값이 그대로 복사된 복제 인스턴스를 반 환한다.
      • java.lang.Cloneable 인터페이스를 구현한 클래스만이 이 clone() 메소드를 가진다.
      • 이 인터페이스를 구현하지 않는 경우에는, CloneNotSupportedException이 발생한다.
      • Product 인터페이스는 java.lang.Cloneable 상속 (p.106)
    • clone() 메소드는, 자신의 클래스(및 하위 클래스)에서만 호출할 수 있다.
      • 다른 클래스의 요청으로 복제하는 경우에는, createClone과 같은 다른 메소 드로 clone을 감싸주어야한다.
import framework.*;

public class MessageBox implements Product {
	private char decochar;
	public MessageBox(char decochar) {
		this.decochar = decochar;
	}
	public void use(String s) {
		int length = s.getBytes().length;
		for (int i=0; i < length+4; i++) {
			System.out.print(decochar);
		}
		System.out.println("");
		System.out.println(decochar + " " + s + " " + decochar);
		for (int i=0; i < length+4; i++) {
			System.out.print(decochar);
		}
		System.out.println("");
	}
	public Product createClone() {
		Product p = null;
		try {
			p = (Product)clone();
		} catch (CloneNotSupportedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return p;
	}
}

UnderlinePen 클래스

  • MessageBox와 거의 같은 동작을 함
  • 문자열에 밑줄을 그어준다.
  • ulchar 필드
    • 밑줄 그을 때 사용할 문자를 가지고 있음
import framework.*;

public class UnderlinePen implements Product {
	private char ulchar;
	public UnderlinePen(char ulchar) {
		this.ulchar = ulchar;
	}
	public void use(String s) {
		int length = s.getBytes().length;
		System.out.println("\"" + s + "\"");
		System.out.print(" ");
		for (int i=0; i < length; i++) {
			System.out.print(ulchar);
		}
		System.out.println("");
	}
	public Product createClone() {
		Product p = null;
		try {
			p = (Product)clone();
		} catch (CloneNotSupportException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return p;
	}
}

Main 클래스

  1. Manager의 인스턴스를 생성
  2. UnderlinePen 인스턴스와 MessageBox 인스턴스를 이름을 붙여서 등록한다.
  3. Manager의 create() 메소드를 호출해서, 원하는 '이름'의 제품을 얻어서, 그것의 use()를 실행한다.
이름 클래스와 인스턴스의 내용
"strong message" UnderlinePen에서 ulchar는 '~'
"warning box" MessageBox에서 decochar는 '*'
"slash box" MessageBox에서 decochar는 '/' 
import framework.*;

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		// 준비
		Manager manager = new Manager();
		UnderlinePen upen = new UnderlinePen('~');
		MessageBox mbox = new MessageBox('*');
		MessageBox sbox = new MessageBox('/');
		manager.register("strong message", upen);
		manager.register("warning box", mbox);
		manager.register("slash box", sbox);

		// 생성
		Product p1 = manager.create("strong message");
		p1.use("Hello, world.");
		Product p2 = manager.create("warning box");
		p2.use("Hello, world.");
		Product p3 = manager.create("slash box");
		p3.use("Hello, world.");
	}
}

{: width="80%" height="60%"}

03. 등장 역할

Prototype(원형) 역할

  • 인스턴스를 복사(복제)해서 새로운 인스턴스를 만들기 위한 메소드를 결정함
  • 예제애서는, Product 인터페이스에 해당됨

ConcretePrototype(구체적인 원형) 역할

  • 인스턴스를 복사(복제)해서 새로운 인스턴스를 만드는 메소드를 실제로 구현함
  • 예제에서는, MessageBox나 UnderlinePen 클래스가 해당됨

Client(이용자)의 역할

  • 인스턴스를 복사하는 메소드를 이용해서 새로운 인스턴스를 만듬
  • 예제에서는, Manager 클래스가 해당됨

{: width="80%" height="60%"}

04. 독자의 사고를 넓혀주는 힌트

  • Prototype 패턴을 사용하지 않으면,
    • 인스턴스 복제(모든 필드 값을 같게 함)시
      • new Something() 한 후에,
      • Something 객체의 모든 필드 값을 기존의 Something 인스턴스로부터 얻어와야 한다.
      • 필드가 priavte이고, 그 필드 값을 얻어오는 메소드가 없다면 어떻게 할 것인가?
        • 복제가 불가능하다.
          {: width="50%"}

05. 관련 패턴

  • Flyweight 패턴(20장)
  • Memento 패턴(18장)
  • Composite 패턴(11장) 및 Decorator 패턴(12장)
  • Command 패턴(22장)

06. 보강: clone() 메소드와 java.lang.Cloneable 인터페이스

  • 자바 언어의 clone
    • 인스턴스를 복사하는 장치로 clone()메소드가 제공된다.
    • 복사 대상이 되는 클래스는, 반드시 java.lang.Cloneable 인터페이스를 구현해야 한다.
    • Cloneable 인터페이스를 구현한 클래스의 인스턴스는, clone() 메소드를 호출하면 복사된다.
    • Cloneable 인터페이스를 구현하고 있지 않은 클래스의 인스턴스가 clone()메소드를 호출하면, CloneNotSupportedException 에외가 발생한다.
  • clone 메소드는 어디에서 정의되어 있는가
    • 최상위 클래스인 java.lang.Object에 정의되어 있다.
    • 모든 클래스에서 clone 메소드를 상속함
  • Cloneable 인터페이스에
    • clone() 메소드가 선언되어 있는 것은 아니다.
    • Cloneable 인터페이스는, clone()에 의해 복사될 수 있다는 표시로만 사용된다
  • clone() 메소드는 'shallow copy'를 수행한다
    {: width="80%" height="70%"}

07. 요약

  • 인스턴스 복제를 용이하게 하기 위해서 Prototype 패턴을 이용하라.

연습 문제

  • 6-1
    • MessageBox와 UnderlinePen 클래스에서 같은 작업을 하는 createClone() 메소드를 따로 두지 말고, 한 곳에 두고 공유시키는 방법은?
  • 6-2
    • Object 클래스는 java.lang.Cloneable 인터페이스를 구현하는가?

복습: C++의 얕은 복사, 깊은 복사

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