תבנית הפרוטוטיפ היא דפוס עיצוב בריא המאפשר יצירת אובייקטים חדשים על ידי העתקת חפצים קיימים - הידוע בשם אבטיפוס - במקום למתן אותם מאפס. גישה זו אינה ניתנת לערעור בתחומים שבהם יצירת אובייקטים היא רב-עוצמה משאבים או שבו מדינת אובייקט צריכה להיות שמורה ושימוש מחדש עם שינויים קלים.

הבנת תבנית Prototype

בליבה, דפוס הפרוטוטיפ מסתמך על תהליך יצירת האובייקט מן המעמדות הספציפיים של האובייקטים האלה.הוא מסתמך על ממשק משותף – לעתים קרובות AFLT:0clone()PSKFLT:1 שיטה – שכל אבטיפוס מתממש כדי לייצר עותק של עצמו.

אב הטיפוס משמש תבנית או הדפסה כחולה שניתן לשחזר על הביקוש.התבנית מאפשרת ללקוחות ליצור אובייקטים חדשים מבלי לדעת את הסוגים הספציפיים שלהם, כל עוד אובייקטים אלה לדבוק ממשק האבטיפוס. גמישות זו היא מרכזית בזרימות עבודה הנדסיות רבות שבו קווי עיצוב כוללים שינוי עותקים של מודל בסיס.

היבט מרכזי של התבנית הוא הרעיון של אבטיפוס pre-FLT:0prototype הרישום 1Felotype: [זהו מאגר מרכזי שבו אבטיפוסים pre-initialized מאוחסנים.כאשר צורך אובייקט חדש, הלקוח מבקש שיבוט מן הרישום ולא מיידית את המעמד ישירות.

Shallow vs Deep Copy in Engineering Data Structures

יישום שיטת ההטמעה דורש הבנה ברורה של ה-FLT:0shallow copyFelo copyFelo 1 לעומת FLT:2 copytureFLT 3 [מעתקים רדודים] את האובייקט העליון ברמת העליון, אך חולק אזכורים לכל אובייקטים או מבני נתונים מכונים.

מבנים נתונים הנדסיים מכילים לעתים קרובות הפניות מורכבות קינון.לדוגמה, מודל CAD עשוי לכלול גוף שמתייחס לחלקים מרובים, כל אחד עם גיאומטריה משלו, חומרים ומגבלות. ⁇ רדודה של הגוף עדיין מצביע על אותם חלקים בסיסיים, כלומר שינויים בחלק במודל אחד ישפיע על כל השיבוט.זה לא רצוי כאשר הוא מתעתק על גרסאות עיצוב שונות.

עם זאת, העתק עמוק מגיע עם עלויות משלו.זה יכול להיות אינטנסיבי חישובי, במיוחד עבור גרפים אובייקטים גדולים, ועשוי להציג הפניות מעגליות או תלות משותפת הדורש טיפול זהיר.שפות תכנות רבות לספק מנגנונים מובנה עבור שיבוט (למשל, FLT:0CloneableFLT:1 ב Java,FLT:2copylyphtal 3 ב Python) וטכניקות ויזואליות יכול לעתים קרובות להיות שימוש רק כדי להשיג עותקים לוגיים.

יישום התבנית ביישומים הנדסיים

כדי ליישם את תבנית הפרוטוטיפ בתוכנת הנדסה, להגדיר ממשק אבטיפוס מופשט (או מעמד בסיס) המכריז על שיטת ה-FLT:0clone()IRFLT:1.כל מבנה נתונים קונקרטי אחר כך מסדיר שיטה זו כדי לספק את לוגיקה הדילול שלו עצמו.לדוגמה, בניתוח אלמנט סופי (FEA) יישום, FLT:0 כיתה עשוי להישטישטישטישטישטישט במבנה של ניגודים עמוקים, ללא כל מיני אלמנטים.

מרשם אבטיפוס יכול לנהל אבטיפוס נפוץ.לדוגמה, ספרייה חומרית עשויה לאחסן אובייקטים אבטיפוס עבור פלדה, אלומיניום וחומרים מורכבים.כאשר מהנדס חל חומר על רכיב חדש, המערכת משטפת את אב הטיפוס המתאים ומקצה אותו למרכיב.זה נמנע מראש של תכונות חומרי טעינה ממסד נתונים בכל פעם, וגם מבטיח כי כל שינוי מותאם אישית לחומר (למשל, תשואות) נשמרים בהתאמות.

גישה נפוצה נוספת של יישום היא להשתמש ב-Prototype או שיטת מפעל סטטי המקבל מקרה וחוזר עותק עמוק.בעוד שלא רק לאחר דפוס Prototype, טכניקות אלה להשיג תוצאות דומות.הבחירה תלויה במילולי שפה ודרישות ביצועים. ב- C++, למשל, את ה-FLT:0virtualeF1LT משמש באופן נרחב, שבו מחלקה בסיסית מצהירה על סוג זה של טיפול תרופתי: 1F2 מחזירה את הטופס.

השוואה עם תבניות יצירה אחרות

דפוס הפרוטוטיפ הוא אחד ממספר תבניות עיצוב בריאת, כל אחד מתאים לבעיות שונות.ה-FLT:0 (Factory MethodFLT:1) תבנית מגדיר ממשק ליצירת אובייקטים, אך מאפשר subclasses להחליט איזה מעמד עד מיידי.

דפוס ה-FLT:0BuildertureFLT:1 מפריד את בנייתו של חפץ מורכב מהייצוג שלו, המאפשר לאותו תהליך בנייה ליצור ייצוגים שונים.Builds הם אידיאליים כאשר אובייקט דורש תצורה של צעד אחר צעד או כאשר יש צורך בייצוגים מרובים של אותו תהליך בנייה.

לעומת זאת, דפוס הפרוטוטיפ מצטיין כאשר ההתחלתיזציה האובייקטיבית היא יקרה ואתה צריך הרבה אובייקטים דומים עם וריאציות קטנות.זה נמנע מראש של התגשמות חוזרת על ידי העתקה של מקרה קיים.לדוגמה, בסימולציה המפעילה אלפי טבלאות עם פרמטרים מעט שונה, שיבוט מצב סימולציה בסיס הוא הרבה יותר יעיל מאשר שיקום המדינה מכל פעם.

יתר על כן, דפוס הפרוטוטיפ יכול להפחית את מספר ההיררכיה תת-כיתה במקום ליצור תת-קבוצה לכל וריאציות אפשריות של אובייקט, אתה יכול לשכט אב-טיפוס ולשנות את העותק.זה מוביל למבנה מעמד גמיש יותר ופחות נוקשה.

יישום אמיתי בעולם בהנדסה

עיצוב מחשב (CAD)

תוכנת CAD מסתמכת רבות על אבטיפוס.מעצב עשויה ליצור חלק בסיסי - מודל תלת-ממדי מפורט של ציוד, למשל - ולאחר מכן לשכט אותו כדי ליצור וריאציות עם ממדים שונים או חומרים.הלייט יורש את כל הגיאומטריה המקורית, היחסים והמגבלות, אשר ניתן לשנות באופן עצמאי.זה מזרז את תהליך העיצוב באופן משמעותי.

תכנון מועצת המנהלים (EDA)

באוטומציה עיצובית אלקטרונית, מעצב עשוי לפתח בלוק סטנדרטי - כגון מעגל רגולציה כוח או יחידה מיקרובקר - ולהטיש אותו על פני קבצים עיצוב מרובים.כל אחד השיבוט יכול להיות מותאם אישית כדי לענות על דרישות מתח ספציפיות או משימות סיכות. Cloning מבטיח עקביות הפריסה ולהפחית את הסיכון של הצגת שגיאות בעת בניית מחדש בלוקים דומים מאפס.

ניתוח יסודות Finite Element Analysis (FEA)

לפני הפעלת סימולציה, מהנדס לעתים קרובות להגדיר מודל עם mesh, עומסים, תנאי גבול ונכסים חומריים.אם סימולציות מרובות נדרשים עם שינויים קלים (למשל, שינוי מצב גבול או גודל עומס), יעיל כדי לשכט את כל ההתקנה הסימולציה ולהתאים רק את הפרמטרים השתנו.תבנית הפרוטוטיפ מאפשרת זרימת עבודה זו על ידי מתן שיטה כדי להעתיק את כל התצורה, שמירה על כל ההגדרות נשאר ללא שינוי.

פיתוח משחק Game Development

במנועי המשחק, אבטיפוס משמשים באופן נרחב עבור אובייקטים של המשחק כגון דמויות, לוחות, או פריטים אינטראקטיביים. אויב אב טיפוס יכול להיות שיבוט כדי ליצור מספר מקרים, כל אחד עם המדינה שלו (למשל, בריאות, מיקום) התבנית הוא לעתים קרובות מיושם באמצעות מערכות prefab, שבו אובייקט מודפס כחול נשמר בספריה ומייד על ידי העתקה.זה הרבה יותר יעיל מאשר יצירת כל ישות באמצעות מובנת, במיוחד כאשר מורכב של נתונים מורכבים או מרקם מורכב.

סודיות של מסד נתונים במערכות הנדסה

מערכות הנדסיות רבות משתמשות במאגרי מידע כדי לאחסן תבניות תצורה של ציוד או תהליכים.לדוגמה, מערכת ייצור ייצור עשוי להיות אבטיפוס למתכון ייצור סטנדרטי.כאשר הזמנה חדשה נכנסת, המערכת משטפת את אב הטיפוס המתאים ביותר ומאפשרת למפעיל להתאים פרמטרים מבלי לשנות את התבנית המקורית.זה מבטיח כי כל המתכונים בנויים באופן עקבי מקו הבסיס, תוך כדי לאפשר התאמה אישית.

הצעות ושיקולים

בעוד דפוס הפרוטוטיפ מציע יתרונות משמעותיים, הוא גם מציג כמה שיקולים שמהנדסים חייבים לטפל בהם קודם, משוב אובייקטים מורכבים יכול להיות יקר במונחים של זיכרון וריצה, במיוחד אם עותקים עמוקים נדרשים עבור כל האובייקטים המובנים.

שנית, יישום לוגיקה עותק עמוקה יכול להיות טעייה-פרון.אם מבנה הנתונים מכיל הפניות מעגליות או אזכורים למשאבים משותפים (למשל, מטפלות קבצים, חיבורי מסד נתונים), שיטת שיבוט תמימה עשויה לייצר אובייקטים לא חוקיים.מפתחים צריכים להחליט אם לשכט משאבים כאלה או להצביע על השט לאותו משאב חיצוני. במקרים רבים, שילוב של אובייקטים רדודים ושתיקים הוא בשימוש, שבו נתונים פנימיים הם עמוקים או חיצוניים.

שלישית, התבנית יכולה להוביל לבעיות זהות.אם אובייקטים יושקו שוב ושוב, המערכת עשויה לצבור עותקים עצמאיים רבים כי הם זהים אבל יש להם כתובות זיכרון שונות.זה יכול לגרום בלבול ב debugging ובפעולות שמסתמך על זהות האובייקט (למשל, בדיקות שוויון, בדיקות ישה) מעל מפעיל השוויון או באמצעות שדות מזהה יכול להקטין את זה.

רביעית, מרשם האבטיפוס חייב להיות עד כה.אם מצב פנימי של אובייקט אבטיפוס משתנה (על ידי טעות או על ידי עיצוב), כל שיבוטים עתידיים עשויים להיות יורשים שינויים לא רצוי לעשות אבטיפוס לא ניתן לשנות או להשתמש בחנות נפרדת עבור אבטיפוס רשום כי אינם נועדו להיות שונה ישירות.

לבסוף, התבנית עשויה להציג הפיכה הדוקה אם ההיגיון של ההטבה אינו מופרד היטב. AFLT:0clone מנהל ניהול 1FLT:1 בכיתה יכול לעזור על ידי מתן שירות שיבוט מרכזי מטפל בלוגיקה עמוקה של עותק, אבטיפוס וניהול זהות.

שיטות הטובות ביותר לשימוש בתבנית Prototype בקוד הנדסה

  • (ב) ,0) ,Define ממשק אבטיפוס ברור של אבטיפוס 1FLT1 הכולל שיטה (FLT 3: 3).בשפות מאופיינות מאוד, לשקול שימוש בגנרים או סלילות חוזר סוגים כדי לשמר את הסוג של האובייקט המשובט.
  • (ב) ,0) עותק עמוק של עותק בקפידה של 1FLT:1Build, use Language features כגון FLT:4 (C#), FLT:5 (Java), קופי העתקים מותאמים אישית, או טכניקות סידוריות.
  • (FLT:0) רשם אבטיפוס של אבטיפוס (FLT:1) עבור ניהול.זה משלב יצירת אבטיפוס והופך את זה קל להרחיב עם סוגים חדשים של אבטיפוס מבלי לשנות קוד לקוח קיים.
  • (ב) [ה], [ה], [ה], [ה], [ה],] לאחר שרשום אותם [ה], יש לבוט את אב הטיפוס ולשנות את ההטמעה.זה מונע תופעות לוואי בלתי מאוישות על חלקים אחרים של המערכת שעשויים להסתמך על האבטיפוס המקורי.
  • (FLT:0) סידורי ההפניה כאלטרנטיבה של LT:1 עבור שיבוט עמוק, במיוחד כאשר גרפים האובייקט הם מורכבים והגדרה מונחה. Serialization (למשל, JSON, XML) יכול לספק מנגנון עותק עמוק חזק, אבל זה יכול להיות איטי יותר מאשר יישום מותאם אישית.
  • (ב) [ה]המהנדסים המשתמשים ב-API צריכים לדעת אם מבוצע עותק רדוד או עמוק, ואשר חלקן משותפות מול משוכפל.

מקורות חיצוניים כגון:0 (הספקת המאמר של גורו) הוראות הוראות דפוס פרופוטיפ 1LT ו-FLT:2GeeksforGeeks מאמר על Prototype PatternFLT 3: 3) מציעים דוגמאות נוספות ויישומים ספציפיים שפה שניתן להתאים להקשרים הנדסיים.

מסקנה

תבנית Prototype היא דפוס יצירה רב עוצמה ומעשית המתייחס לצורך של אובייקטים יעילים שיבוטים במבנים נתונים הנדסיים.על ידי כך שמאפשר לאובייקטים לשכפל את עצמם, התבנית מפחיתה את העלות של יצירת מקרים חדשים, תומך בתצורה דינמית באמצעות רשם אבטיפוס, ומאפשרת התאמה גמישה ללא מצע של מערכות הנדסיות, סימולציה, מנועי משחק, או ניהול תצורה, דפוס עוזר לשפר את הביצועים והטיפוס, דורש תשומת לב עמוקה, לעומת יישום של פונקציות חשיבה אינטנסיבית, יישום.