Introducción patrones de diseño

La programación se basa en resolver problemas utilizando una secuencia de pasos conocida como algoritmo. Plantear un algoritmo es como escribir los pasos para hacer una receta antes de ponerse a cocinar y plasmar ese algoritmo con lenguaje de programación sería como utilizar las herramientas de cocina necesarias y hacer la comida. El algoritmo te ayuda a planificar cómo resolver el problema y el lenguaje de programación te permite ejecutar la solución.

Hay una serie de conceptos básicos que son comunes a todos los lenguajes como: los patrones de diseño.

¿Qué es un patrón de diseño?

Los patrones de diseño (design patterns) son soluciones habituales a problemas comunes en el diseño de software. Cada patrón es como un plano que se puede personalizar para resolver un problema de diseño particular de tu código.

No se puede elegir un patrón y copiarlo en el programa como si se tratara de funciones o bibliotecas ya preparadas. El patrón no es una porción específica de código, sino un concepto general para resolver un problema particular. Puedes seguir los detalles del patrón e implementar una solución que encaje con las realidades de tu propio programa.

A menudo los patrones se confunden con algoritmos porque ambos conceptos describen soluciones típicas a problemas conocidos. Mientras que un algoritmo siempre define un grupo claro de acciones para lograr un objetivo, un patrón es una descripción de más alto nivel de una solución. El código del mismo patrón aplicado a dos programas distintos puede ser diferente.

Una analogía de un algoritmo sería una receta de cocina: ambos cuentan con pasos claros para alcanzar una meta. Por su parte, un patrón es más similar a un plano, ya que puedes observar cómo son su resultado y sus funciones, pero el orden exacto de la implementación depende de ti.

Historia de los patrones

¿Quién inventó los patrones de diseño? Esa es una buena, aunque imprecisa pregunta. Los patrones de diseño no son conceptos opacos y sofisticados, al contrario. Los patrones son soluciones habituales a problemas comunes en el diseño orientado a objetos. Cuando una solución se repite una y otra vez en varios proyectos, al final alguien le pone un nombre y explica la solución en detalle. Básicamente, así es como se descubre un patrón.

El concepto de los patrones fue descrito por Christopher Alexander en El lenguaje de patrones. El libro habla de un “lenguaje” para diseñar el entorno urbano. Las unidades de este lenguaje son los patrones. Pueden describir lo altas que tienen que ser las ventanas, cuántos niveles debe tener un edificio, cuán grandes deben ser las zonas verdes de un barrio, etcétera.

La idea fue recogida por cuatro autores: Erich Gamma, John Vlissides, Ralph Johnson y Richard Helm. En 1995, publicaron Patrones de diseño, en el que aplicaron el concepto de los patrones de diseño a la programación. El libro presentaba 23 patrones que resolvían varios problemas del diseño orientado a objetos y se convirtió en un éxito de ventas con rapidez. Al tener un título tan largo en inglés, la gente empezó a llamarlo “el libro de la ‘gang of four’ (banda de los cuatro)”, lo que pronto se abrevió a “el libro GoF”.

Desde entonces se han descubierto decenas de nuevos patrones orientados a objetos. La “metodología del patrón” se hizo muy popular en otros campos de la programación, por lo que hoy en día existen muchos otros patrones no relacionados con el diseño orientado a objetos.

¿En qué consiste el patrón?

La mayoría de los patrones se describe con mucha formalidad para que la gente pueda reproducirlos en muchos contextos. Aquí tienes las secciones que suelen estar presentes en la descripción de un patrón:

• • El propósito del patrón explica brevemente el problema y la solución.

• • La motivación explica en más detalle el problema y la solución que brinda el patrón.

• • La estructura de las clases muestra cada una de las partes del patrón y el modo en que se relacionan.

• • El ejemplo de código en uno de los lenguajes de programación populares facilita la asimilación de la idea que se esconde tras el patrón.

Algunos catálogos de patrones enumeran otros detalles útiles, como la aplicabilidad del patrón, los pasos de implementación y las relaciones con otros patrones.

Ventajas de los patrones

Los patrones son un juego de herramientas que brindan soluciones a problemas habituales en el diseño de software. Definen un lenguaje común que ayuda a tu equipo a comunicarse con más eficiencia.

¿Por qué debería aprender sobre patrones?

La realidad es que podrías trabajar durante años como programador sin conocer un solo patrón. Mucha gente lo hace. Incluso en ese caso, podrías estar implementando patrones sin saberlo. Así que, ¿por qué dedicar tiempo a aprenderlos?

• • Los patrones de diseño son un juego de herramientas de soluciones comprobadas a problemas habituales en el diseño de software. Incluso aunque nunca te encuentres con estos problemas, conocer los patrones sigue siendo de utilidad, porque te enseña a resolver todo tipo de problemas utilizando principios del diseño orientado a objetos.

• • Los patrones de diseño definen un lenguaje común que puedes utilizar con tus compañeros de equipo para comunicaros de forma más eficiente. Podrías decir: “Oh, utiliza un singleton para eso”, y todos entenderían la idea de tu sugerencia. No habría necesidad de explicar qué es un singleton si conocen el patrón y su nombre.

Clasificación de los patrones

Los patrones de diseño varían en su complejidad, nivel de detalle y escala de aplicabilidad al sistema completo que se diseña. Me gusta la analogía de la construcción de carreteras: puedes hacer más segura una intersección instalando semáforos o construyendo un intercambiador completo de varios niveles con pasajes subterráneos para peatones.

Los patrones más básicos y de más bajo nivel suelen llamarse idioms. Normalmente se aplican a un único lenguaje de programación.

Los patrones más universales y de más alto nivel son los patrones de arquitectura. Los desarrolladores pueden implementar estos patrones prácticamente en cualquier lenguaje. Al contrario que otros patrones, pueden utilizarse para diseñar la arquitectura de una aplicación completa.

Además, todos los patrones pueden clasificarse por su propósito:

• • Los patrones creacionales proporcionan mecanismos de creación de objetos que incrementan la flexibilidad y la reutilización de código existente.

• • Los patrones estructurales explican cómo ensamblar objetos y clases en estructuras más grandes a la vez que se mantiene la flexibilidad y eficiencia de la estructura.

• • Los patrones de comportamiento se encargan de una comunicación efectiva y la asignación de responsabilidades entre objetos.

• • patrones creacionales

Factory Method

Proporciona una interfaz para la creación de objetos en una superclase, mientras permite a las subclases alterar el tipo de objetos que se crearán.

Abstract Factory

Permite producir familias de objetos relacionados sin especificar sus clases concretas.

Builder

Permite construir objetos complejos paso a paso. Este patrón nos permite producir distintos tipos y representaciones de un objeto empleando el mismo código de construcción.

Prototype

Permite copiar objetos existentes sin que el código dependa de sus clases.

Singleton

Permite asegurarnos de que una clase tenga una única instancia, a la vez que proporciona un punto de acceso global a dicha instancia.

En los próximos videos continuaremos explicando y analizando más a profundidad cada tipo de patrón de diseño continuando de primera mano con los patrones de diseño creacionales, muchas gracias por vernos y hasta la próxima oportunidad.