GoF یا Gang of Four چیست؟

عبارت Gang of Four به چهار نویسنده برجسته حوزه علوم کامپیوتر اشاره دارد:

1. اریک گاما (Erich Gamma)

2. ریچارد هلم (Richard Helm)

3. رالف جانسون (Ralph Johnson)

4. جان ولیسیدس (John Vlissides)

این چهار نفر در سال ۱۹۹۴ کتابی را با عنوان "Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software" منتشر کردند. این کتاب به سرعت به یکی از تأثیرگذارترین آثار در تاریخ مهندسی نرم‌افزار تبدیل شد. آن‌ها در این کتاب، تجربیات خود را در حل مشکلات تکراری در طراحی نرم‌افزار جمع‌آوری کرده و آن‌ها را در قالب ۲۳ الگوی طراحی (Design Patterns) ارائه دادند.

چرا به آن‌ها «دسته چهار نفره» می‌گویند؟

نام "Gang of Four" در ابتدا یک شوخی در محافل آکادمیک و فنی بود (برگرفته از یک اتحاد سیاسی در چین)، اما به دلیل طولانی بودن نام نویسندگان و عنوان کتاب، این لقب ماندگار شد و امروزه همه این الگوها را با نام الگوهای GoF می‌شناسند.

مفهوم الگوی طراحی (Design Pattern)

پیش از آنکه وارد جزئیات الگوهای GoF شویم، باید بدانیم اصلاً الگوی طراحی چیست؟

یک الگوی طراحی، یک قطعه کد آماده نیست که بتوانید آن را کپی و در پروژه خود بچسبانید. بلکه یک راهکار انتزاعی و تست‌شده برای یک مشکل رایج در معماری نرم‌افزار است. به زبان ساده: اگر برنامه‌نویسان در طول دهه‌ها بارها با مشکل "چگونه اشیاء را مدیریت کنیم که حافظه کمتری مصرف شود؟" روبرو شده‌اند، الگوهای طراحی بهترین و بهینه‌ترین پاسخ را برای این سوال فرموله کرده‌اند.

دسته‌بندی ۲۳ الگوی GoF

نویسندگان کتاب، الگوها را بر اساس هدف و کاربردشان به سه دسته اصلی تقسیم کردند:

۱. الگوهای سازنده (Creational Patterns)

این الگوها مربوط به نحوه ساختن و ایجاد اشیاء (Objects) هستند. هدف آن‌ها این است که فرآیند ایجاد شیء را از سیستم اصلی جدا کنند تا کد انعطاف‌پذیرتر شود.

• Singleton: تضمین می‌کند که از یک کلاس فقط یک نمونه (Instance) در کل برنامه وجود داشته باشد.

• Factory Method: رابطی برای ایجاد اشیاء تعریف می‌کند اما اجازه می‌دهد زیرکلاس‌ها تصمیم بگیرند کدام کلاس را نمونه‌سازی کنند.

• Abstract Factory: خانواده‌ای از اشیاء مرتبط را بدون تعیین کلاس‌های دقیق آن‌ها ایجاد می‌کند.

• Builder: برای ساخت اشیاء پیچیده گام‌به‌گام استفاده می‌شود.

• Prototype: ایجاد اشیاء جدید را از طریق کپی کردن (Clone) یک نمونه موجود انجام می‌دهد.

۲. الگوهای ساختاری (Structural Patterns)

این الگوها بر ترکیب کلاس‌ها و اشیاء تمرکز دارند تا ساختارهای بزرگ‌تر و منعطف‌تری ایجاد کنند.

• Adapter: اجازه می‌دهد کلاس‌هایی با رابط‌های ناسازگار با هم کار کنند (مانند تبدیل‌گر دوشاخه برق).

• Bridge: بدنه پیاده‌سازی را از انتزاع جدا می‌کند تا هر دو بتوانند مستقل تغییر کنند.

• Composite: اشیاء را به صورت ساختار درختی (Tree Structure) مرتب می‌کند تا با کل ساختار به صورت یک شیء واحد رفتار شود.

• Decorator: بدون تغییر در کد اصلی یک کلاس، قابلیت‌های جدیدی را به صورت پویا به اشیاء اضافه می‌کند.

• Facade: یک رابط ساده برای یک سیستم پیچیده و بزرگ فراهم می‌کند.

• Flyweight: برای کاهش مصرف حافظه، اشیاء مشابه را به اشتراک می‌گذارد.

• Proxy: یک جایگزین یا واسطه برای کنترل دسترسی به یک شیء دیگر فراهم می‌کند.

۳. الگوهای رفتاری (Behavioral Patterns)

این دسته‌بندی بر ارتباط و تعامل بین اشیاء و تقسیم مسئولیت‌ها تمرکز دارد.

• Observer: یک مکانیسم اشتراک‌گذاری ایجاد می‌کند تا وقتی تغییری در یک شیء رخ داد، بقیه اشیاء مطلع شوند (مانند سیستم نوتیفیکیشن).

• Strategy: الگوریتم‌های مختلف را تعریف کرده و آن‌ها را قابل تعویض می‌کند.

• Command: یک درخواست را به صورت یک شیء کپسوله‌سازی می‌کند.

• State: اجازه می‌دهد یک شیء زمانی که حالت داخلی‌اش تغییر کرد، رفتار خود را عوض کند.

• Chain of Responsibility: درخواست را در طول زنجیره‌ای از پردازش‌گرها پاس می‌دهد تا یکی آن را هندل کند.

• Iterator: راهی برای دسترسی ترتیبی به عناصر یک مجموعه فراهم می‌کند بدون اینکه ساختار داخلی آن فاش شود.

• Mediator: ارتباطات پیچیده بین اشیاء را محدود کرده و آن‌ها را از طریق یک واسطه مدیریت می‌کند.

• Memento: بدون نقض کپسوله‌سازی، وضعیت داخلی یک شیء را ذخیره می‌کند تا بعداً قابل بازیابی باشد (Undo).

• Template Method: اسکلت یک الگوریتم را تعریف کرده و مراحل دقیق را به زیرکلاس‌ها واگذار می‌کند.

• Visitor: عملیات جدیدی را روی ساختار اشیاء اجرا می‌کند بدون اینکه کلاس‌های آن‌ها را تغییر دهد.

• Interpreter: برای تفسیر گرامر یا زبان‌های ساده استفاده می‌شود.

چرا یادگیری الگوهای GoF حیاتی است؟

ممکن است بپرسید: "چرا باید وقتم را صرف یادگیری الگوهایی کنم که ۳۰ سال پیش نوشته شده‌اند؟"

1. زبان مشترک: وقتی به همکار خود می‌گویید "من اینجا از الگوی Observer استفاده کرده‌ام"، او فوراً متوجه ساختار کد شما می‌شود بدون اینکه نیاز باشد خط به خط آن را توضیح دهید.

2. جلوگیری از اختراع دوباره چرخ: این الگوها راه‌حل‌های بهینه برای مشکلاتی هستند که هزاران برنامه‌نویس قبل از شما با آن‌ها دست و پنجه نرم کرده‌اند.

3. خوانایی و نگهداری (Maintenance): کدی که بر اساس الگوهای استاندارد نوشته شود، تمیزتر است و توسعه‌دهندگان بعدی راحت‌تر می‌توانند آن را اصلاح کنند.

4. درک فریم‌ورک‌های مدرن: اکثر فریم‌ورک‌های بزرگ مثل Spring (در جاوا)، Angular یا .NET بر پایه همین الگوها بنا شده‌اند.

نقدها به GoF در دنیای مدرن

با وجود اهمیت زیاد، برخی معتقدند که الگوهای GoF در زبان‌های برنامه‌نویسی مدرن (مثل پایتون یا جاوااسکریپت) کمی قدیمی شده‌اند. دلایل آن‌ها عبارتند از:

• پیچیدگی بیش از حد: گاهی استفاده از یک الگوی پیچیده برای یک مشکل ساده، کد را بیهوده سنگین می‌کند (Over-engineering).

• تغییر پارادایم: برخی از این الگوها برای جبران محدودیت‌های زبان‌های قدیمی مثل C++ طراحی شده بودند. در زبان‌های مدرن، بسیاری از این الگوها به صورت پیش‌فرض در خودِ زبان تعبیه شده‌اند (مثلاً Iterator در اکثر زبان‌ها یک دستور ساده است).

نتیجه‌گیری

کتاب Gang of Four فقط یک لیست از کدها نیست؛ بلکه یک طرز فکر است. این کتاب به ما آموخت که به جای تمرکز بر "چگونه کد بزنیم"، بر "چگونه سیستم را طراحی کنیم" تمرکز کنیم. حتی اگر در پروژه‌های روزمره از تمام ۲۳ الگو استفاده نکنید، درک مفاهیم پشت آن‌ها (مانند جداسازی مسئولیت‌ها و افزایش انعطاف‌پذیری) شما را از یک کدنویس معمولی به یک معمار نرم‌افزار تبدیل می‌کند.