(디자인 패턴) (행동 패턴) 명상가 – C++

(최신 C++ 디자인 패턴) 책을 바탕으로 연구한 내용을 요약한 것입니다.

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명상 패턴

우리가 작성하는 대부분의 코드는 포인터 또는 직접 참조를 사용하여 서로 다른 구성 요소(클래스) 간에 통신합니다. 경우에 따라 구성 요소 간에 다른 개체의 존재를 명시적으로 알아야 하는 것이 불편할 수 있습니다. 또는 상대 객체를 알고 있더라도 객체 생성/소멸 시간이 관리되기 때문에 포인터나 참조를 통해 액세스하고 싶지 않을 수 있습니다.

중개자는 구성 요소 간의 통신을 지원하는 메커니즘입니다. 중개자 자체는 통신과 관련된 모든 구성 요소에서 액세스할 수 있어야 합니다. 즉, 모든 구성 요소에 노출되는 전역 정적 변수 또는 참조여야 합니다.

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대화방

대화방은 중간 디자인 패턴을 적용할 수 있는 가장 대표적인 예입니다. 중재자 패턴에 대한 설명에 들어가기 전에 간단한 대화방이 필요합니다.

// 참여자
struct Person {
     Person(const string &name);
     
     // 메시지 수신
     void receive(const string &origin, const string &message);
     // 채팅 룸의 모든 참여자에게 메시지 송신
     void say(const string &message) const;
     // 개인 메시지(Private Message) 기능으로, 특정 참여자만 지정해 메시지 송신
     void pm(const string &who, const string &message) const;
     
     string name;
     ChatRoom *room = nullptr;
     vector<string> chat_log;
};

// 채팅룸
struct ChatRoom {
     // 채팅 룸에 사용자 입장
     void join(Person *p);
     // 채팅 룸의 모든 참여자에게 메시지 송신
     void broadcast(const string &origin, const string &message);
     // 개인 메시지 송신
     void message(const string &origin, const string &who, const string &message);
     
     // 추가만 된다고 가정
     vector<Person *> people;
};

포인터, 참조 또는 shared_ptr이든 개체에 대한 액세스는 사람에 따라 다릅니다. 벡터를 사용할 때 명심해야 할 유일한 제한 사항은 참조를 사용할 수 없다는 것입니다. 여기서는 포인터를 사용합니다.

void ChatRoom::join(Person *p) {
     string join_msg = p->name + " joins the chat";
     broadcast("room", join_msg);
     p->room = this;
     people.push_back(p);
}

void ChatRoom::broadcast(const string &origin, const string &message) {
     for ( auto p : people ) {
          // 자기자신 제외 메시지 전송
          if ( p->name != origin ) {
               p->receive(origin, message);
          }
     }
}

void ChatRoom::message(const string &origin, const string &who, const string &message) {
     auto target = find_if(begin(people), end(people), 
          (&)(const Person *p) {
               return p->name == who;
          });
     if ( target != end(people) ) {
          (*target)->receive(origin, message);
     }
}

람다 참조

위와 같이 채팅방 API가 준비되었으므로 다음과 같이 Person을 구현할 수 있습니다.

void Person::say(const string &message) const {
    room->broadcast(name, message);
}

void Person::pm(const string &who, const string &message) const {
    room->message(name, who, message);
}

void Person::receive(const string &origin, const string &message) {
    string s(origin + ": \"" + message + "\"");
    cout << "(" << name << "'s chat session) " << s << "\n";
    chat_log.emplace_back(s);
}

이제 여기에서는 현재 대화방 세션에서 메시지가 언제 어디서 왔는지 기록하는 기능을 만들 것입니다. (책에는 구현되어 있지 않습니다.)

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중개자 및 이벤트

대화방 예에는 일관된 주제가 있습니다. 누군가 메시지를 게시하면 참가자에게 알려야 합니다. 이벤트 진행자의 개념은 관련된 모든 사람에게 적용됩니다. 참가자는 이벤트 수신자로 등록하고 알림을 생성할 수 있습니다.

C++ 언어에서는 이벤트 기능이 개선되지 않았습니다. 따라서 Boost.Signals2 라이브러리를 사용합니다. 이벤트 사용에 꼭 필요한 기능을 제공합니다.

축구 게임과 같은 간단한 예를 들어 보겠습니다. 축구에서 선수가 골을 넣으면 코치가 그를 칭찬한다고 합시다. 이 시점에서 누가 골을 넣었고 얼마나 많은 골을 전달할 것인지에 대한 정보입니다. 이러한 정보를 제공하기 위해 이벤트 데이터를 일반화하는 기본 클래스를 다음과 같이 정의할 수 있습니다.

struct EventData {
    virtual ~Eventata() = default;
    virtual void print() const = 0;
};

struct PlayerScoredData : EventData {
    PlayerScoredData(const string &player_name, const int goals_scored_so_far) :
        player_name(player_name), goals_scored_so_far(goals_scored_so_far) {}
        
    void print() const override {
        cout << player_name << " has scored! (their " << goals_scored_so_far << " goal)" << "\n";
    }
    
    string player_name;
    int goals_scored_so_far;
};

여기에 중개자를 추가해 보겠습니다. 이번에는 조치가 없습니다. 이벤트 기반 아키텍처에서 중개자는 작업을 직접 수행하지 않습니다.

struct Game {
    signal<void(EventData *)> events; // 관찰자
};

극단적인 방법이지만 Game 클래스가 없어도 이벤트를 전역 변수로 설정하는 방법도 있습니다. 게임 개체의 참조를 구성 요소에 명시적으로 주입하는 코드가 있으면 이벤트에 대한 종속성 관계를 표시할 수 있다는 이점이 있습니다.

이제 플레이어 클래스를 생성하고 매치메이커 게임에 대한 참조를 가질 수 있습니다.

struct Player {
    Player(const string &name, Game &game) : name(name), game(game) {}
    
    void score() {
        goals_scored++;
        // 이벤트를 이용해 PlayerScoredData 생성
        PlayerScoredData ps(name, goals_scored);
        // 수신처로 등록된 객체들에 알림 전송
        game.evnets(&ps);
    }
    
    string name;
    int goals_scored = 0;
    Game &game;
};

struct Coach {
    explicit Coach(Game &game) : game(game) {
        // game.events에 수신 등록
        game.events.connect(()(EventData *e) {
            PlayerScoredData *ps = dynamic_cast<PlayerScoredData *>(e);
            if ( ps && ps->goals_scored_so_far < 3 ) {
                cout << "coach says: well done, " << ps->player_name << "\n";
            }
        });
    }
    
    Game &game;
};

Coach 클래스의 Lambda 함수 매개변수 유형은 EventData*입니다. 슛 온 골 이벤트만 커버하고 싶은데 어떤 이벤트가 오는지 모르겠습니다. 따라서 대상 포트의 이벤트 유형이 dynamic_cast로 수신되는지 여부를 확인합니다. 다른 방법으로도 확인할 수 있습니다.

마법 같은 부분은 설정 단계에서 발생합니다. 각 이벤트에 대한 모든 슬롯을 명시적으로 나열할 필요는 없습니다. 처리하려는 이벤트만 처리할 수 있습니다.

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요약

중간 디자인 패턴을 사용하면 시스템의 모든 구성 요소가 참조할 수 있는 중개자를 직접 참조하지 않고도 구성 요소가 통신할 수 있습니다. 중개자를 통해 직접 메모리 액세스 대신 식별자로 통신할 수 있습니다.

가장 간단한 구현은 리스트를 멤버 변수로 받아 리스트를 살펴보고 필요한 요소만 선별적으로 처리하는 함수다.

정교한 구현을 통해 개별적으로 발생하는 이벤트를 수신 대기하려는 개체가 등록할 수 있습니다.