ライフゲーム（C++版）

C++にてライフゲームを作成した。
全ソースのダウンロード。

ビルド方法

Unix系OSにてビルドすることを想定している。
以下のコマンドが必要。

  • g++
  • make

以下コマンドを実行することによってビルド可能。 

%cd ./LifeGame/C++/source  
%make

ビルドが成功すると以下のバイナリファイルが出来上がる。

  • LifeGame

実行方法

コマンドラインから以下を実行する。 

%./LifeGame

実行すると以下のような画面となる。　　
ライフゲーム実行

このLifeGameはcursesを利用している。
このLifeGame内でのコマンドを以下に示す。 

q: LifeGame終了
s: LifeGameスタート
p: LifeGame一時停止
i: セルの生死を設定（LifeGame一時停止状態の場合有効）
k: カーソルを上へ移動
j: カーソルを下へ移動
h: カーソルを左へ移動
l: カーソルを右へ移動

※カーソルの移動はviと同じ

プログラムソース

このプログラムはデザインパターンのオブザーバーパターンを利用している。
doxygenにてプログラムソース内のコメントからドキュメントを作成した。

UML

クラス図とシーケンス図を作成した。

UML作成にはastah* communityを利用した。

オブザーバーパターン（デザインパターン）適用例

オブザーバーパターン適用例(TinyClock GUI版)

概要

  • デザインパターンのオブザーバーパターンを時計アプリへの適用例をPythonコードで示す。
  • デジタル時計とアナログ時計を表示するアプリを作成した。 GUIで表示することとする。
  • このアプリをTinyClockと呼ぶこととする。
  • TinyClockはMVC(Model-View-Controller)で作成することとする。（実際にはModel-View）

実行

実行方法

  • 実行方法は、コマンドラインから以下を実行。
    • %python TinyClockMain_gui.py

実行イメージ

  • TinyClockMain_guiを実行すると以下のように表示される。
    TinyClock(GUI版)実行イメージ

TinyClock(GUI版) Python全ソースコード

以下URLに全ソースコードを保存している。
TinyClock(GUI版)

ディレクトリ構成

ソースコードのディレクトリ構成を以下に示す。

.
└── sources // ソースコードファイルを保存したディレクトリ
├── Lib
│ └── Observer.py // Observerパターン Pythonソースコード
│
├── Model
│ ├── Lib -> ../Lib // シンボリックリンク(１つ上のディレクトリのLib)
│ └── TinyClockModel.py // 時計本体部 Pythonソースコード
│
├── View
│ ├── GUI // GUI mainwindow.ui以外使用しない
│ │ ├── GUI.pro // Qt Creatorファイル
│ │ ├── GUI.pro.user
│ │ ├── main.cpp
│ │ ├── mainwindow.cpp
│ │ ├── mainwindow.h
│ │ └── mainwindow.ui // GUI メインウィンドウ XML（Qt Creatorで自動生成される）
│ │
│ ├── Lib -> ../Lib // シンボリックリンク(１つ上のディレクトリのLib)
│ ├── TinyClockView.py // 時計表示部（データ保持）
│ ├── TinyClockViewGUI.py // 時計表示部（GUI）
│ └── mainwindow.py // mainwindow.uiをPythonソースコードへ変換したもの
│
└── main_gui.py // GUI用 main関数（本ファイルをpythonで実行するとデジタル時計とアナログ時計をGUI表示する）

UML

クラス図とシーケンス図を以下に示す。

クラス図

TinyuClock(GUI版)クラス図

シーケンス図

TinyClock(GUI版)シーケンス図

TinyClockModel Pythonソースコード（一部抜粋）

  • TinyClockModelクラスは、MVCモデルのModel部である。
  • TinyClockModelクラスは、Sujectクラスを継承する。
  • TinyClockModelクラスのset_timeメソッドで以下を行う。
    • 現在時刻取得
    • Subjectクラスから継承しているnotifyメソッドを呼ぶ
  • notifyメソッドを呼ぶことによって、登録されている全Observerへ通知を行う。
  • ソースコードの詳細はTinyClockModel.pyを参照。

TinyClockModelクラスのソースコード一部抜粋を以下に示す。 

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class TinyClockModel(Subject):
    """
    @brief  時計本体部 クラス.
    @note   Subjectクラスを継承.
            時刻を取得し, 表示部へ通知する.
    """
    
    # （中略） #
    
    def set_time(self):
        """
        @brief  現在時刻を設定.
        @return なし.
        @note   現在時刻をobserverへ更新を通知.
        """
        self._now = datetime.datetime.today()
        self.notify(self)

TinyClockView Pythonソースコード（一部抜粋）

  • TinyClockViewクラスは、MVCモデルのView部である。
  • TinyClockViewクラスは、Observerクラスを継承する。
  • TinyClockViewクラスは、表示データを保持するクラスである。
  • TinyClockViewクラスのupdateメソッドでは、以下を行う。
    • Subjectクラスからの通知を受け取る
    • 表示用データの保存メソッドであるset_timeを呼ぶ
  • ソースコードの詳細はTinyClockView.pyを参照。

TinyClockViewクラスのソースコード一部抜粋を以下に示す。 

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class TinyClockView(Observer):
    """
    @brief  時計表示部（表示データ保持）.
    @note   Observerクラスを継承.
    """
    
    # (中略) #
    
    def update(self, modifier=None):
        """
        @brief  Subjectから通知を受け取るメソッド.
        @param  modifier    更新情報.
        @note   Observerクラスのメソッドをオーバーライド.
        """
        self.set_time(modifier)

TinyClockViewGUI Pythonソースコード（一部抜粋）

TinyDigitalClockView

  • TinyDigitalClockViewクラスは、デジタル時計のGUI表示部である。
  • TinyDigitalClockViewクラスは、メンバー変数としてTinyClockViewクラスを持つ。
  • TinyDigitalClockViewクラスのdraw_viewメソッドは、デジタル時計を描画する。
  • ソースコードの詳細はTinyClockViewGUI.pyを参照。 
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class TinyDigitalClockView(QtGui.QWidget):
    """
    @brief  デジタル時計 GUI表示部 クラス.
    @note   以下クラスを継承.
                TinyClockView
                QtGui.QWidget
    """
    def __init__(self, parent=None):
        """
        @brief  初期化.
        """
        QtGui.QWidget.__init__(self)
        self.m_TinyClockView = TinyClockView()

    def draw_view(self):
        """
        @brief  デジタル時計を描画.
        """
        #時間を設定.
        theTime = QtCore.QTime(self.m_TinyClockView.hour,
         						self.m_TinyClockView.min, 
         						self.m_TinyClockView.sec)
        self.m_DateTimeEdit.setTime(theTime)

    # （中略） #

TinyAnalogClockView

  • TinyAnalogClockViewクラスは、アナログ時計のGUI表示部である。
  • TinyAnalogClockViewクラスは、メンバー変数としてTinyClockViewクラスを持つ。
  • TinyAnalogClockViewクラスのdraw_viewメソッドは、アナログ時計を描画する。
  • ソースコードの詳細はTinyClockViewGUI.pyを参照。 
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class TinyAnalogClockView(QtGui.QWidget):
    """
    @brief  アナログ時計 GUI表示部 クラス.
    @note   以下クラスを継承.
                TinyClockView
                QtGui.QWidget
    """
    def __init__(self, parent=None):
        """
        @brief  初期化.
        """
        #スーパークラスを初期化.
        QtGui.QWidget.__init__(self, parent=parent)

        self.m_TinyClockView = TinyClockView()

    def draw_view(self):
        """
        @brief  アナログ時計を描画.
        """
        #クリア.
        self._draw_clear()
        #長針を描画.
        self._draw_hour_needle(self.m_TinyClockView.hour)
        #短針を描画.
        self._draw_min_needle(self.m_TinyClockView.min)
        #秒針を描画.
        self._draw_sec_needle(self.m_TinyClockView.sec)
        #日付を更新.
        self._draw_date()
        #選択を解除. 
        self.m_DateEdit.setCurrentSectionIndex(self.m_DateEdit.NoSection)

        #再描画指示（再描画イベントを発行）
        self.repaint()
        
    # （中略） #

mainwindow.py Pythonソースコード

  • GUI部分はQtを利用している。Qt Creatorを利用している。
  • Qt Creatorでフォームをデザインするとmainwindow.uiが作成される。
  • mainwindow.uiはXMLである。
  • mainwindow.uiからmainwindow.pyのPythonソースコードに変換した。
  • Mac OSXでは以下のコマンドで変換可能。
    • %/Library/Python/2.7/site-packages/PyQt4/uic/pyuic.py -o mainwindow.py mainwindow.ui

TinyClockMain_gui Pythonソースコード

  • Subjectクラスのattachメソッドで、時計本体部と表示部を接続している。
  • タイマーを設定し、以下を実行する。
    • 時刻設定
    • デジタル時計再描画
    • アナログ時計再描画
  • ソースコードの詳細はTinyClockMain_gui.pyを参照。
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class ClockViewWidget(QtGui.QMainWindow, Ui_MainWindow):
    """
    @brief  TinyClock GUI版を表示する為のウィジェット.
    """

    def __init__(self, *args, **kw):
        """
        @brief  初期化.
        """
        #スーパークラスの初期化.
        QtGui.QMainWindow.__init__(self, *args, **kw)
        self.setupUi(self)

        #時計本体部を生成.
        self.ClockModel = TinyClockModel()

        #デジタル時計表示部を生成.
        self.DigitalClock = TinyDigitalClockView()
        self.DigitalClock.setup_ui(self.dateTimeEdit)

        #アナログ時計表示部を生成.
        self.AnalogClock = TinyAnalogClockView(self.widget)
        self.AnalogClock.setup_ui(self.dateEdit)

        #時計 本体部 と 表示部（データ保持部） を接続
        self.ClockModel.attach(self.DigitalClock.m_TinyClockView)
        self.ClockModel.attach(self.AnalogClock.m_TinyClockView)

        #タイマーを設定.
        self.timer = QtCore.QTimer(parent=self)
        self.timer.setInterval(1*1000)

        #タイマーを設定（時計本体部と接続. 1000msec毎に時刻を設定）.
        self.timer.timeout.connect(self.ClockModel.set_time)

        #タイマーを設定（デジタル時計時計表示部と接続. 1000msec毎に時刻を表示）.
        self.timer.timeout.connect(self.DigitalClock.draw_view)

        #タイマーを設定（アナログ時計時計表示部と接続. 1000msec毎に時刻を表示）.
        self.timer.timeout.connect(self.AnalogClock.draw_view)

        #タイマースタート.
        self.timer.start()


def main():
    """
    @brief  TinyClock GUI版 main処理.
    """
    app = QtGui.QApplication(sys.argv)

    panel = ClockViewWidget()

    main_window = QtGui.QMainWindow()
    main_window.setGeometry(0, 0, panel.width(), panel.height())
    main_window.setWindowTitle("TinyClock")
    main_window.setCentralWidget(panel)
    main_window.show()

    app.exec_()

オブザーバーパターン（デザインパターン）適用例

オブザーバーパターン適用例(TinyClock Console版)

概要

  • デザインパターンのオブザーバーパターンを時計アプリへの適用例をPythonコードで示す。
  • デジタル時計とアナログ時計を表示するアプリを作成した。
  • このアプリをTinyClockと呼ぶこととする。
  • TinyClockはMVC(Model-View-Controller)で作成することとする。（実際にはModel-View）

実行

実行方法

  • 実行方法は、コマンドラインから以下を実行。
    • %python TinyClockMain_console.py
  • プログラムは無限ループになっているので、C-cで強制終了。

実行イメージ

  • TinyClockMain_consoleを実行すると以下のように表示される。
    TinyClock(console版)実行イメージ

TinyClock(console版) Python全ソースコード

以下URLに全ソースコードを保存している。
TinyClock(Console版)

ディレクトリ構成

ソースコードのディレクトリ構成を以下に示す。

.
└── sources // ソースコードファイルを保存したディレクトリ
├── Lib
│ └── Observer.py // Observerパターン Pythonソースコード
│
├── Model
│ ├── Lib -> ../Lib // シンボリックリンク(１つ上のディレクトリのLib)
│ └── TinyClockModel.py // 時計本体部 Pythonソースコード
│
├── View
│ │
│ ├── Lib -> ../Lib // シンボリックリンク(１つ上のディレクトリのLib)
│ └── TinyClockView.py // 時計表示部（データ保持）
│
└── TinyClockMain_console.py // コンソール用 main関数（本ファイルをpythonで実行するとコンソールに時刻を表示する）

UML

クラス図とシーケンス図を以下に示す。

クラス図

TinyuClock(console版)クラス図

シーケンス図

TinyClock(console版)シーケンス図

TinyClockModel Pythonソースコード（一部抜粋）

  • TinyClockModelクラスは、MVCモデルのModel部である。
  • TinyClockModelクラスは、Sujectクラスを継承する。
  • TinyClockModelクラスのset_timeメソッドで以下を行う。
    • 現在時刻取得
    • Subjectクラスから継承しているnotifyメソッドを呼ぶ
  • notifyメソッドを呼ぶことによって、登録されている全Observerへ通知を行う。
  • ソースコードの詳細はTinyClockModel.pyを参照。

TinyClockModelクラスのソースコード一部抜粋を以下に示す。 

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class TinyClockModel(Subject):
    """
    @brief  時計本体部 クラス.
    @note   Subjectクラスを継承.
            時刻を取得し, 表示部へ通知する.
    """
    
    # （中略） #
    
    def set_time(self):
        """
        @brief  現在時刻を設定.
        @return なし.
        @note   現在時刻をobserverへ更新を通知.
        """
        self._now = datetime.datetime.today()
        self.notify(self)

TinyClockView Pythonソースコード（一部抜粋）

  • TinyClockViewクラスは、MVCモデルのView部である。
  • TinyClockViewクラスは、Observerクラスを継承する。
  • TinyClockViewクラスは、表示データを保持するクラスである。
  • TinyClockViewクラスのupdateメソッドで以下を行う。
    • Subjectクラスからの通知を受け取る
    • 表示用データの保存メソッドであるset_timeを呼ぶ
  • ソースコードの詳細はTinyClockView.pyを参照。

TinyClockViewクラスのソースコード一部抜粋を以下に示す。 

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class TinyClockView(Observer):
    """
    @brief  時計表示部（表示データ保持）.
    @note   Observerクラスを継承.
    """
    
    # (中略) #
    
    def update(self, modifier=None):
        """
        @brief  Subjectから通知を受け取るメソッド.
        @param  modifier    更新情報.
        @note   Observerクラスのメソッドをオーバーライド.
        """
        self.set_time(modifier)

TinyClockMain_console Pythonソースコード

  • TinyClockMain_consoleは、以下クラスをインスタンス化し、制御する。
    • TinyClockModel
    • TinyClockView
  • 時計本体部(TinyClockModel)を以下でインスタンス化
    • theModel = TinyClockModel()
  • アナログ時計及びデジタル時計をインスタンス化している。
    • theAnalogClockView = TinyClockView()
    • theDigitalClockView = TinyClockView()
  • Subjectクラスのattachメソッドで、時計本体部と表示部を接続している。
  • 時計表示用にスレッドを生成し、各時計独立で表示するようにしている。
  • ソースコードの詳細はTinyClockMain_console.pyを参照。
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def main():
    """
    @brief  TinyClock console版 main処理
    @note   以下を別スレッドを生成して時刻を表示する.
                アナログ時計
                デジタル時計
            スリープを使用してスレッドを切り替えている為, 
            スレッドの同期はとっていない.
    """
    #時計本体部を生成.
    theModel = TinyClockModel()
    #アナログ時計表示部を生成.
    theAnalogClockView = TinyClockView()
    #デジタル時計表示部を生成.
    theDigitalClockView = TinyClockView()

    #時計 本体部と表示部接続.
    theModel.attach(theAnalogClockView)
    theModel.attach(theDigitalClockView)

    #アナログ時計表示部のスレッドを生成.
    theAnalogClockViewThread= threading.Thread(target=refresh_view, name="AnalogClock", args=[theAnalogClockView])
    theAnalogClockViewThread.setDaemon(True)
    theAnalogClockViewThread.start()

    #デジタル時計表示部のスレッドを生成.
    theDigitalClockViewThread = threading.Thread(target=refresh_view, name="DigitalClock", args=[theDigitalClockView])
    theDigitalClockViewThread.setDaemon(True)
    theDigitalClockViewThread.start()

    while 1:
        theModel.set_time()
        #1秒スリープ.
        time.sleep(1.0)

オブザーバーパターン（デザインパターン）

デザインパターンのオブザーバーパターンのメモ

  • オブザーバーパターンを使用すると疎結合なアプリケーションを作成可能。
    　(GUIのアプリケーションでよく使用されている。)
  • オブザーバーパターンは、「通知者」から「観測者」に状態を通知する。
  • オブザーバーパターンのメリットとしては、観測者は通知を受け取った場合に動作する。
    　(ポーリングしなくともよい。)
  • 通知者をSubjectクラス、観測者をObserverクラスとする。
  • Subjectクラスは、Observerクラスを持つ。
  • Subjectクラスは、Observerクラスを複数持ってもよい。この場合、SubjectクラスはすべてのObserverクラスへ通知を行う。

Observerパターンのクラス図

ObserverPattern クラス図

ObserverクラスのPythonソースコード

  • Observerクラスは、Subjectクラスから通知を受け取る。
  • 抽象クラスの為、インスタンスは作成しないこと。
  • Subjectクラスからの通知は、updateメソッドで受け取る。
  • updateメソッドは、継承したクラスでオーバーライドする。
  • ソースコードの詳細はObserver.pyを参照。
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class Observer(object):
    """
    @brief  オブザーバークラス.
            更新があった場合, Subjectから通知を受け取るクラス.
    @note   抽象クラス. インスタンスは作成しないこと.    
    """

    def update(self, modifier=None):
        """
        @brief  Subjetから通知を受け取るメソッド.
        @param  modifier    更新情報.
        @note   本メソッドは継承したクラスでオーバーライドすること.
        """
        raise NotImplementedError

SubjectクラスのPythonソースコード(一部抜粋)

  • Subjectクラスは、登録されているObserverクラス全てに通知をする。
  • Observerクラスを登録するには、attachメソッドを使用する。
  • Observerクラスに通知するには、notifyメソッドを使用する。
  • ソースコードの詳細はObserver.pyを参照。
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class Subject(object):
    """
    @brief  サブジェクトクラス.
            更新があった場合, Observerへ通知するクラス.
    """

    def __init__(self):
        """
        @brief  初期化.
        @param  メンバー変数 self._observerList 登録されたオブザーバーリスト.   
        """
        self._observerList = []

    def attach(self, observer):
        """
        @brief    Observerを登録する.
        @param    observer 登録するオブザーバー.
        @return   なし.
        """
        if not observer in self._observerList:
            self._observerList.append(observer)

    def notify(self, modifier=None):
        """
        @brief  Observerへ更新を通知するメソッド.
        @param  modifier    更新情報.
        """
        for observer in self._observerList:
            if observer != modifier:
                observer.update(self)

参考文献

17．Observer パターン | TECHSCORE(テックスコア)