chatGPT教你设计模式[1] ——设计模式介绍和分类

Posted 2022-12-26 刘炫320

1. 引言

在编程领域，设计模式是一种经过验证的、可复用的解决方案，用于解决常见的设计问题。它们不是某一种特定的编程语言的语法，而是一种抽象的解决方案，可以在多种不同的编程语言中应用。设计模式有助于程序员快速解决设计问题，并且能够使软件系统更加稳定、可扩展。

2. 设计模式的作用和目的

设计模式是一些在软件工程中经常使用的解决方案，这些方案被用于解决在软件设计过程中普遍遇到的各种问题。设计模式是一种代码设计经验的总结，他们描述了在特定情况下最佳使用方式。

设计模式的作用和意义如下：

• 设计模式可以帮助软件开发人员编写出可重用的、易于维护的代码。设计模式能够将软件的设计变得更加清晰、简单，让软件开发人员更加专注于实现细节，而不是花费大量时间在设计上。
• 设计模式可以帮助软件开发人员更好地理解项目的整体结构。设计模式能够帮助开发人员更加清晰地看到项目的整体架构，更好地了解项目的各个部分之间的关系和联系。
• 设计模式可以帮助软件开发人员更好地交流和沟通。设计模式是软件开发中的一种通用术语，设计模式的使用能够使团队成员之间的沟通变得更加顺畅，从而提高团队的效率。

总的来说，设计模式的作用和意义主要体现在提高代码质量和提高团队效率两个方面。设计模式的使用能够使代码变得更加清晰、简单，提高代码的可重用性和可维护性；设计模式的使用也能够帮助团队成员之间更好地沟通和交流，从而提高团队的效率。

设计模式的使用并不是必须的，在软件开发过程中也可以使用其他方式来解决问题，但是设计模式的使用能够帮助开发人员更快、更好地解决问题，并且使得代码变得更加规范和优秀。因此，设计模式在软件开发中是非常有用的工具。

3. 设计模式的分类

设计模式一般被分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。

3.1 创建型模式

创建型模式（Creational Patterns）提供了一种创建对象的最佳方式。这类模式涉及到将对象的创建与使用相分离，从而使得相同的创建过程可以创建不同的产品。创建型模式包括以下五种模式：

• 单例模式（Singleton Pattern）：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

• 工厂方法模式（Factory Method Pattern）：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。工厂方法模式让一个类的实例化延迟到其子类。

• 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

• 建造者模式（Builder Pattern）：将一个复杂的对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

• 原型模式（Prototype Pattern）：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。

3.2 结构性模式

结构型模式（Structural Patterns）关注类和对象的组合。继承的概念被用来组合接口和定义组合对象获得新功能的方式。这类模式包括以下七种模式：

• 适配器模式（Adapter Pattern）：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类能一起工作。

• 桥接模式（Bridge Pattern）：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。

• 组合模式（Composite Pattern）：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

• 装饰模式（Decorator Pattern）：动态地给一个对象添加一些额外的职责，就增加功能来说，装饰模式比生成子类更为灵活。

• 外观模式（Facade Pattern）：为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，此模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。

• 享元模式（Flyweight Pattern）：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

• 代理模式（Proxy Pattern）：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

3.3 行为型模式

行为型模式（Behavioral Patterns）关注对象之间的通信。这类模式分类较为复杂，但是他们的共同之处在于，它们都是在类和对象的行为上面的设计模式。行为型模式包括以下十一种模式：

• 责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）：为解除请求的发送者和接收者之间的耦合，而使得多个对象都有可能接收请求，将这些对象连接成一条链，并且沿着这条链传递请求，直到有对象处理它为止。

• 命令模式（Command Pattern）：将一个请求封装为一个对象，从而使你可以用不同的请求对客户进行参数化，对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。

• 解释器模式（Interpreter Pattern）：给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

• 迭代器模式（Iterator Pattern）：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露其内部的表示。

• 中介者模式（Mediator Pattern）：用一个中介对象来封装一系列的对象交互，中介者使各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。

• 备忘录模式（Memento Pattern）：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，这样以后就可以将该对象恢复到原先保存的状态。

• 观察者模式（Observer Pattern）：定义了对象之间的一对多依赖，这样一来，当一个对象改变状态时，它的所有依赖者都会收到通知并自动更新。

• 状态模式（State Pattern）：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。

• 策略模式（Strategy Pattern）：定义了算法家族，分别封装起来，让它们之间可以互相替换，此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。

• 模板方法模式（Template Method Pattern）：在一个抽象类中定义了一个算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。

• 访问者模式（Visitor Pattern）：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你可以在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。

小结

总结一下，设计模式分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式，分别有五种、七种和十一种设计模式。创建型设计模式主要用于控制对象的创建过程，结构型设计模式主要用于组合类或对象形成更大的结构，行为型设计模式主要用于控制对象之间的交互和分配职责。在接下来的博客中，我们将分别介绍这三大类型下的各种设计模式，并针对每种设计模式给出适用的场景和示例代码。