Quais os padrões de design em desenvolvimento e como utilizá-los?

Ao desenvolver um software, é comum se deparar com alguns desafios. Por se tratar, muitas vezes, de um projeto coletivo, com a colaboração de vários profissionais, o código precisa ser claro — de modo que possa ser interpretado por todos. Diante disso, os programadores adotam determinados padrões de design em desenvolvimento a fim de deixar a linguagem mais elegante, ter fácil entendimento e ganhar agilidade.

Além de facilitar o desenvolvimento, o recurso aumenta as chances de acertos, ao mesmo tempo em que reduz a margem de erros ao longo do processo. Neste artigo, explicaremos o conceito de padrões de projeto, onde são usados, os tipos mais comuns e as vantagens. Quer se aprofundar no assunto? Então, continue a leitura!

O que são padrões de design?

Design patterns, também conhecidos como padrões de design ou padrões de projeto, são soluções já testadas e aprovadas em problemas recorrentes durante o desenvolvimento de software. Em outras palavras, são aplicadas para deixar o código elegante e com fácil entendimento. Além disso, ajudam a dar mais agilidade a situações comuns do dia a dia de um desenvolvedor.

É como se os padrões de design fossem a planta pré-projetada de uma construção: não é uma solução fixa, apenas uma projeção do que vai ser desenvolvido ali. Contudo, caso você sinta que alguns ajustes são necessários, é perfeitamente possível modificar algumas coisas antes do desenvolvimento.

No caso da programação, o padrão de design pode ser modificado para se adequar melhor em relação a um problema que você queira solucionar com seu código.

Diferença em relação às funções e bibliotecas

Também vale a pena falar um pouco da diferença em relação às funções e bibliotecas. No caso dos padrões de projeto, não é possível simplesmente copiar os elementos para dentro do seu programa. Isso porque eles não são um pedaço ou uma parte do código, mas sim um conceito que funciona como uma solução para ele.

Nesse sentido, para implementar um design pattern você precisa seguir o conceito dos padrões escolhidos pela equipe (entre todos os existentes) e ajustá-lo ao problema que precisa resolver.

Isso também depende das características do projeto. Dessa forma, os desenvolvedores realizam uma implementação que se encaixe exatamente à demanda da aplicação em que estão trabalhando.

Diferença em relação aos design principles

Os nomes em inglês se parecem, então é bom entender as principais diferenças entre esses dois padrões. Além disso, não é incomum que eles apareçam juntos em determinados conteúdos, reforçando a confusão. Entenda melhor:

• design patterns: se aplicam a problemas comuns e específicos de um determinado projeto. São práticas para arquitetar o código e o seu design;
• design principles: são menos específicos e se aplicam à programação como um todo. São práticas que devem ser seguidas para os desenvolvedores estabelecerem uma arquitetura escalável, de alto desempenho para o software.

Quando surgiram os padrões de design?

Os padrões de design em desenvolvimento surgiram a partir de experiências em projetos de software e ganharam força com a adoção da programação orientada a objetos. Desse modo, entre as características que se espera dentro dessa referência ideal:

• abstração: os padrões representam um conhecimento aplicado no cotidiano;
• encapsulamento: um problema é retratado como uma cápsula, que deve ser independente, específica e objetiva. O mesmo vale para uma solução já definida;
• combinatoriedade: há uma hierarquia entre os padrões, do mais alto ao mais baixo;
• equilíbrio: cada passo dentro de um projeto de software precisa buscar o equilíbrio;
• abertura: os padrões precisam permitir uma extensão até os níveis mais baixos;
• generalidade: todo padrão deve servir de base para a construção de outros projetos.

O conhecimento público veio em 1994, com o livro “Design Patterns: Elements of Reusable Object — Oriented Software”, que se tornou um guia para os desenvolvedores. No Brasil, a obra recebeu o nome “Padrões de Projeto — Soluções Reutilizáveis de Software Orientado a Objetos”.

A obra ganhou forma quando os engenheiros de software Erich Gamma, John Vlissides, Ralph Johnson e Richard Helm resolveram catalogar os desafios mais comuns, bem como a forma de resolver cada um. Ao todo, são 23 design patterns, divididos em três grupos: criação, estrutura e comportamento. O quarteto ficou conhecido como Gang of Four (GoF). 

Para que servem e quando usar os design patterns?

O principal objetivo dos padrões de design em desenvolvimento é deixar o código mais fácil de ser mantido e testado. Afinal, se representam soluções já testadas e aprovadas em outros projetos, trazem maior segurança, agilidade e flexibilidade aos desenvolvedores.

Embora, à primeira vista, pareçam uma fórmula pronta, não é bem assim que funciona na prática. Design patterns são saídas para problemas corriqueiros. Esse tipo de recurso não pode ser aplicado em qualquer parte do código, nem recorrer ao Ctrl + C e Ctrl + V. 

Padrões de design servem como guia, visando resolver um desafio o mais rápido possível para o programador poder focar em partes relevantes do projeto. Por isso, a melhor forma de utilizá-lo no desenvolvimento de software é como um modelo a seguir a fim de resolver um determinado problema. O mais importante é saber onde encaixar os padrões e quando incluí-los em seu projeto.

Quais as vantagens dos padrões de design em desenvolvimento?

Mesmo que os problemas de um projeto para outro não sejam iguais, há similaridades. Por focar na reutilização de soluções já testadas e aprovadas, os padrões de design oferecem maior agilidade e flexibilidade ao dia a dia dos desenvolvedores. 

Essa é uma das maiores vantagens, já que os softwares evoluem e precisam de manutenção de acordo com as necessidades do mercado. A padronização dos códigos otimiza o trabalho da equipe, ajuda na organização e melhora a qualidade do software. 

Sem contar que facilitam o compartilhamento do código com outros profissionais que entram no projeto. Ao criar generalizações, a compreensão de cada linha fica mais fácil para outros programadores. E, assim, eles conseguem dar sequência ao desenvolvimento, enquanto a produtividade do time atinge o patamar mais alto.

Se os padrões de design ajudam a resolver problemas recorrentes em um software a partir de um modelo, é importante conhecer os três grupos que citamos no início do artigo. São eles: Creational (Criação), Structural (Estrutura) e Behavioral (Comportamental).

Criação

Os padrões de criação priorizam a interface e, por isso, lidam com a criação de objetos. Eles abstraem a construção de um objeto, enquanto ajudam a tornar o sistema independente da forma como os objetos são criados e representados. É composto por:

• abstract factory: capacidade de criar famílias inteiras de objetos, sem a necessidade de especificar suas classes concretas e com maior flexibilidade;
• builder: possibilita a construção de objetos passo a passo;
• factory method: cria objetos, sem especificar suas classes concretas;
• prototype: permite clonar objetos a partir da cópia de um modelo original ou protótipo;
• singleton: centraliza o compartilhamento de recursos.

Estrutura

Os padrões estruturais envolvem a relação entre os objetos, ou seja, a forma como eles interagem entre si. Seu trabalho é identificar maneiras de montar estruturas flexíveis e eficientes para facilitar o design do sistema. Sua composição inclui:

• adapter: permite a colaboração entre objetos com interfaces incompatíveis;
• bridge: divide uma classe grande em um conjunto de classes interligadas por hierarquias, que podem ser desenvolvidas de forma independente;
• composite: organiza os objetos em estruturas de árvores;
• decorator: agrega funcionalidades aos objetos de forma dinâmica;
• facade: simplifica a interface e a utilização de sistemas complexos;
• flyweight: compartilha partes comuns entre os objetos a fim de economizar espaço;
• proxy: possibilita o uso de um substituto, assim é possível fazer mudanças antes e depois da solicitação chegar ao objeto original.

Comportamento

Os padrões comportamentais estão diretamente ligados à comunicação entre os objetos. Para isso, consideram os algoritmos e a forma como as responsabilidades se distribuem. Como parte da composição do grupo:

• chain of responsibility: repassa requisições por meio de uma corrente de handlers a fim de evitar a dependência entre um objeto receptor e o solicitante;
• command: transforma pedidos em objetos independentes;
• interpreter: proporciona um intérprete para uma linguagem;
• iterator: percorre os elementos de uma coleção sem expor sua implementação (árvore, lista, pilha, etc.);
• mediator: centraliza e simplifica operações complexas;  
• memento: permite a restauração de um objeto, sem quebrar o encapsulamento;
• observer: mecanismo para notificar múltiplos objetos sobre mudanças;
• state: altera o comportamento de um objeto com base em seu estado interno;
• strategy: separa dos dados em algoritmos para reutilizá-los;
• template method: determina a estrutura dos algoritmos de uma subclasse e deixa subclasses subscreverem etapas específicas (capacidade de extensão);
• visitor: acrescenta novos recursos a um composto de objetos, sem alterá-lo.

Diferencial competitivo

Dominar os design patterns garante um diferencial competitivo em relação a outros programadores. No próprio mercado, você encontrará desenvolvedores com anos de experiência que não conhecem nenhum padrão de projeto. Você sai na frente se tiver uma boa ideia de padrões a serem aplicados em diferentes circunstâncias.

Além disso, a utilização dos design patterns garante uma economia significativa de trabalho. Afinal, você reaproveita um padrão que já existe para ser seguido pelos membros da sua equipe.

Assim, não será preciso reinventar a roda em cada projeto coletivo. Os padrões de projeto conseguem se encaixar em diversas situações e não faz muito sentido desperdiçar o tempo de toda a equipe ao criar todo um caminho do zero. Nesse contexto, o design pattern funciona como uma espécie de guia para boas práticas.

Que cuidados ter ao desenvolver padrões de design?

É importante ter bom senso antes de aplicar os padrões de design em desenvolvimento. Seu objetivo é facilitar os processos e trazer mais agilidade no dia a dia. Porém, nem sempre o uso é recomendado, já que pode forçar o código e aumentar sua complexidade. Então, entre os cuidados na hora de implementar:

• evite exageros: não use padrões em todos os seus projetos;
• identifique padrões: não aplique vários de uma vez só, correndo o risco de aumentar a complexidade do projeto;
• pratique para aprender: o aprendizado vem com a prática, por isso vale a pena estudar a fundo para saber a melhor hora de usá-los;
• adote boas práticas: um projeto é um trabalho coletivo. Por isso, adotar boas práticas facilita não apenas o seu dia a dia como o de membros do seu squad.

O primeiro ponto, o de evitar exageros, é realmente importante. Afinal, muitos desenvolvedores podem se encantar pelo modelo e querer utilizá-lo em qualquer situação da sua rotina.

É importante notar que os padrões de design em desenvolvimento podem ser poderosas ferramentas para manter o código elegante, flexível e com fácil entendimento. Sem contar que otimizam o dia a dia das equipes de TI, mantendo todos os desenvolvedores na mesma página enquanto criam um software. Mas é preciso cautela para usar o recurso somente quando necessário.

Porém, como saber o momento ideal para usar? É simples: quando você e sua equipe analisam um determinado padrão e descobrem que o uso encurtará o caminho de desenvolvimento e tornará a escrita de código mais simples.

Ainda que você decida não implementá-los em certas situações, empregar os padrões de design é algo que vai incrementar o desenvolvimento de diferentes modelos de software. O uso dos design patterns auxiliam os programadores durante os diversos desafios que eles encontram na carreira, além de garantir uma produtividade mais consistente.

Nesse sentido, para os profissionais que desejam se tornar desenvolvedores mais completos, mergulhar nos padrões de projeto é essencial para largar na frente no mercado. Eles simplificam o processo de programar, tornam o código mais maleável e proporcionam a reutilização de linhas de código. Eles também auxiliam os desenvolvedores a criarem soluções escaláveis e reduzir o Time to Market

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