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📌 디자인 패턴 (Design Patterns)
- 디자인 패턴은 소프트웨어 설계에서 반복적으로 나타나는 문제에 대한 전형적인 해결 방안 또는 예제입니다. 각 모듈의 세분화된 역할이나 모듈 간 인터페이스와 같은 코드 작성의 세부적인 구현 방안을 설계할 때 참조할 수 있는 유용한 방법론입니다.
- 디자인 패턴은 객체 지향 프로그래밍 설계를 할 때 자주 발생하는 문제들에 대해 재사용할 수 있도록 만들어놓은 패턴들의 모음이다
- 체계화: 1995년 GoF(Gang of Four)가 처음으로 구체화 및 체계화.
에리히 감마, 리차드 헬름, 랄프 존슨, 존 블리시디스에 의해 개발 영역에서 디자인 패턴을 구체화하고 체계화 시켰다. - 일반적 사례 적용: GoF의 디자인 패턴은 일반적인 사례에 적용될 수 있는 패턴들을 분류하고 정리하여 가장 많이 사용됨.
- GoF 디자인 패턴은 "목적"에 따라 생성 패턴, 구조 패턴, 행동 패턴의 3가지로 분류하고, "범위"에 따라 클래스 패턴과 객체 패턴으로 나눌 수 있다.
📌 디자인 패턴 종류
1️⃣ 생성 패턴 (Creational Patterns)
객체 생성에 관련된 패턴으로, 객체 생성 방식을 유연하고 재사용 가능하게 만드는 방법을 제공합니다.
- Singleton (싱글톤 패턴): 클래스의 인스턴스가 하나임을 보장하고 전역적인 접근점을 제공합니다. 가장 기초적인 디자인 패턴입니다.
전역 변수를 사용하지 않고 객체를 하나만 생성하도록 하며, 생성된 객체를 어디에서든지 참조할 수 있도록 하는 디자인 패턴
- Builder (빌더 패턴): 복잡한 객체의 생성 과정과 표현 과정을 분리하여 동일한 생성 과정에서 다양한 표현을 생성할 수 있습니다.
복잡한 인스턴스를 조립하여 만드는 구조로, 복합 객체를 생성할 때 객체를 생성하는 방법(과정)과 객체를 구현(표현) 하는 방법을 분리함으로써 동일한 생성 절차에서 서로 다른 표현 결과를 만들 수 있는 디자인 패턴
- Abstract Factory (추상 팩토리 패턴): 구체적인 클래스를 지정하지 않고 독립적인 객체들을 생성하기 위한 인터페이스를 제공합니다.
구제적인 클래스에 의존하지 않고 서로 연관되거나 의존적인 객체들의 조합을 만드는 인터페이스를 제공하는 패턴으로 이 패턴을 통해 생성된 클래스에서는 사용자에게 인터페이스(API)를 제공하고, 구체적인 구현은 concrete Product 클래스에서 이루어지는 특징을 갖는 디자인 패턴 - Factory Method (팩토리 메서드 패턴): 인스턴스를 만드는 클래스를 서브클래스에서 결정하도록 합니다.
상위 클래스에서 객체를 생성하는 인터페이스를 정의하고, 하위 클래스에서 인스턴스를 생성하도록 하는 방식으로, 상위 클래스에서는 인스턴스를 만드는 방법만 결정하고, 하위 클래스에서 그 데이터의 생성을 책임지고 조작하는 함수들을 오버로딩하여 인터페이스와 실제 객체를 생성하는 클래스를 분리할 수 있는 특성을 갖는 디자인 패턴
다른 이름으로 가상 생성자(Virtual Constructor)패턴이라고도 불린다. - Prototype (프로토타입 패턴): 생성할 객체의 종류를 명시하는 데 원형이 되는 예시물을 이용하고 새로운 객체를 이 원형을 복사함으로써 생성합니다.
처음부터 일반적인 원형을 만들어 놓고, 그것을 복사한 후 필요한 부분만 수정하여 사용하는 패턴으로, 생성할 객체의 원형을 제공하는 인스턴스에서 생성할 객체들의 타입이 결정되도록 설정하며 객체를 생성할 때 갖추어야 할 기본 형태가 있을 때 사용되는 디자인 패턴
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2️⃣ 구조 패턴 (Structural Patterns)
클래스나 객체를 조합해 더 큰 구조를 만드는 방법을 제공합니다.
- Adapter (적응자 패턴): 호환성이 없는 인터페이스 때문에 함께 동작할 수 없는 클래스들이 함께 작동하도록 해줍니다.
기존 생성된 클래스를 재사용할 수 있도록 중간에서 맞춰주는 역할을 하는 인터페이스를 만드는 패턴으로, 상속을 이용하는 클래스 패턴과 위임을 이용하는 인스턴스 패턴의 두 가지 형태로 사용되는 디자인 패턴 - Bridge (브릿지 패턴): 구현부와 추상층을 분리하여 각자 독립적으로 변형할 수 있도록 합니다.
기능의 클래스 계층과 구현의 클래스 계층을 연결하고, 구현부에서 추상 계층을 분리하여 추상화된 부분과 실제 구현 부분을 독립적으로 확장할 수 있는 디자인 패턴 - Composite (컴포지트 패턴): 객체들의 관계를 트리 구조로 구성하여 부분-전체 계층을 표현합니다.
객체들의 관계를 트리 구조로 구성하여 부분-전체 계층을 표현하는 패턴으로, 사용자가 단일 객체와 복합 객체 모두 동일하게 다루도록 하는 디자인 패턴 - Decorator (데코레이터 패턴): 주어진 상황 및 용도에 따라 객체에 책임을 덧붙입니다. 기능 확장이 필요할 때 서브클래스 대신 사용할 수 있는 대안입니다.
기존에 구현되어 있는 클래스에 그때그때 필요한 기능을 추가해 나가는 설계 패턴으로 기능 확장이 필요할 때 객체간의 결합을 통해 기능을 동적으로 유연하게 확장할 수 있게 해주어 상속의 대안으로 사용하는 디자인 패턴 - Facade (퍼사드 패턴): 서브시스템의 인터페이스 집합에 대해 통합된 하나의 인터페이스를 제공합니다.
복잡한 시스템에 대하여 단순한 인터페이스를 제공함으로써 사용자와 시스템 간, 또는 여타 시스템과의 결합도를 낮추어 시스템 구조에 대한 파악을 쉽게 하는 패턴이다. 오류에 대해서 단위별로 확인할 수 있게 하며, 사용자의 측면에서 단순한 인터페이스를 제공하여 접근성을 높일 수 있는 디자인 패턴 - Flyweight (플라이웨이트 패턴): 다수의 객체로 생성될 경우 모두가 갖는 본질적인 요소를 클래스화여 공유함으로써 메모리를 절약하고, '클래스의 경량화'를 목적으로 하는 패턴
- Proxy (프록시 패턴): 다른 객체로의 접근을 통제하기 위해 그 객체의 매니저 또는 자리 채움자를 제공합니다.
실체 객체에 대한 대리 객체'로 실체 객체에 대한 접근 이전에 필요한 행동을 취할 수 있게 만들며, 이 점을 이용해 미리 할당하지 않아도 상관없는 것들을 실제 이용할 때 할당하게 하여 메모리 용량을 아낄 수 있으며, 실체 객체를 드러나지 않게 하여 정보은닉의 역할도 수행하는 패턴
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3️⃣ 행동 패턴 (Behavioral Patterns)
객체나 클래스 간의 책임 분배와 상호작용 방법을 정의합니다.
- Chain of Responsibility (책임 연쇄 패턴): 요청을 처리할 수 있는 기회를 여러 객체에 부여해, 요청을 보낸 객체와 이를 처리하는 객체 간의 결합을 피합니다.
정적으로 어떤 기능에 대한 처리의 연결이 하드코딩 되어 있을 시, 기능 처리의 연결 변경이 불가능한데 이를 동적으로 연결되어 있는 경우에 따라서 다르게 처리될 수 있도록 연결한 패턴 - Command (커맨드 패턴): 요청을 객체로 캡슐화해 서로 다른 사용자의 매개변수화, 요청 저장 또는 로깅, 연산 취소를 지원합니다.
실행될 기능을 캡슐화함으로써 주어진 여러 기능을 실행할 수 있는 재사용성이 높은 클래스를 설계하는 패턴으로 하나의 추상 클래스에 메서드를 만들어 각 명령이 들어오면 그에 맞는 서브클래스가 선택되어 실행되는 특징을 갖는 디자인 패턴 - Mediator (미디에이터 패턴): 한 집합에 속하는 객체들의 상호작용을 캡슐화하는 객체를 정의합니다.
객체지향 설계에서 객체의 수가 너무 많아지면 서로 통신하느라 복잡해져 객체지향에서 가장 중요한 느슨한 결합의 특성을 해칠 수 있다. 이를 해결하는 한 가지 방법으로 중간에 이를 통제하고 지시할 수 있는 역할을 하는 중재자를 두고, 중재자에게 모든 것을 요구하여 통신의 빈도수를 줄여 객체지향의 목표를 달성하게 해주는 디자인 패턴 - Memento (메멘토 패턴): 클래스 설계 관점에서 객체의 정보를 저장할 필요가 있을 때 적용하는 디자인 패턴으로 undo 기능을 개발할 때 사용하는 패턴
- Observer Pattern (옵저버 패턴): 한 객체의 상태 변화 시 그 객체에 의존하는 다른 객체들에 자동으로 통보하고 갱신하는 패턴입니다.
한 객체의 상태가 바뀌면 그 객체에 의존하는 다른 객체들한테 연락이 가고 자동으로 내용이 갱신되는 방법으로 일대다 의존성(one-to-many)을 가지는 디자인 패턴과 서로 상호작용을 하는 객체 사이에서는 가능하면 느슨하게 결합하는 디자인패턴(2020년 2회 기출 문장) - State (상태 패턴): 객체의 내부 상태가 변경될 때 행동을 변경하도록 합니다. 객체는 자신의 클래스가 변경되는 것처럼 보입니다.
객체 상태를 캡슐화하여 클래스화 함으로써 그것을 참조하게 하는 방식으로 상태에 따라 다르게 처리할 수 있도록 행위 내용을 변경하여, 변경 시 원시 코드의 수정을 최소화할 수 있고, 유지 보수의 편의성도 갖는 디자인 패턴 - Strategy (전략 패턴): 동일 계열의 알고리즘들을 정의하고 각각 캡슐화하여 이들을 상호 교환 가능하도록 만듭니다. 알고리즘 변경을 사용자로부터 독립적으로 할 수 있습니다.
알고리즘 군을 정의하고(추상 클래스) 같은 알고리즘을 각각 하나의 클래스로 캡슐화하고 난 뒤, 필요할 때 서로 교환해서 사용할 수 있게 하는 패턴으로, 행위를 클래스로 캡슐화해 동적으로 행위를 자유롭게 바꿀 수 있게 해주는 패턴 - Template Method (템플릿 메서드 패턴): 연산의 알고리즘 뼈대를 정의하고, 나머지는 서브클래스에서 수행하게 합니다.
어떤 작업을 처리하는 일부분을 서브 클래스로 캡슐화해 전체 일을 수행하는 구조는 바꾸지 않으면서 특정 단계에서 수행하는 내역을 바꾸는 패턴으로 일반적으로 상위 클래스(추상 클래스)에는 추상 메서드를 통해 기능의 골격을 제공하고, 하위 클래스(구체 클래스)의 메서드에는 세부 처리를 구체화하는 방식으로 사용하며 코드 양을 줄이고 유지보수를 용이하게 만드는 특징을 갖는 패턴 - Visitor (비지터 패턴): 객체 구조를 이루는 원소에 대해 수행할 연산을 정의합니다.
각 클래스 데이터 구조로부터 처리 기능을 분리하여 별도의 클래스를 만들어 놓고 해당 클래스의 메서드가 각 클래스를 돌아다니며 특정 작업을 수행하도록 만드는 패턴으로, 객체의 구조는 변경하지 않으면서 기능만 따로 추가하거나 확장할 때 사용하는 디자인 패턴 - Interpreter (인터프리터 패턴): 주어진 언어의 문법을 표현하는 방법을 정의하고, 해당 언어로 된 문장을 해석하는 해석기를 사용하는 패턴입니다.
언어의 다양한 해석, 구체적으로 구문을 나누고 그 분리된 구문의 해석을 맡는 클래스를 각각 작성하여 여러 형태의 언어 구문을 해석할 수 있게 만드는 패턴 - Iterator(이터레이터 패턴): 컬렉션 구현 방법을 노출시키지 않으면서도 그 집합체 안에 들어있는 모든 항목에 접근할 수 있는 방법을 제공하는 디자인 패턴
2020년 4회 정보처리기사 실기 기출문제
문제
목적에 따른 디자인 패턴의 유형에는 생성, 구조, ( ) 이/가 있다.
괄호 ( ) 안에 알맞는 유형을 쓰시오.
정답
행위
해설
디자인 패턴은 **목적(Purpose)**에 따라 생성(Creational), 구조(Structural), **행위(Behavioral)**로 나뉩니다.
이 유형들은 패턴이 해결하려는 문제의 성격에 따라 정의됩니다.
- 생성(Creational)
객체의 생성 과정을 단순화하고 유연성을 높이는 패턴입니다.- 예: Singleton, Factory Method, Builder.
- 구조(Structural)
클래스나 객체를 조합하여 더 큰 구조를 만드는 데 중점을 둔 패턴입니다.- 예: Adapter, Composite, Proxy.
- 행위(Behavioral)
객체 간의 상호작용과 책임 분배를 다루는 패턴입니다.- 예: Observer, Strategy, Command.
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