设计模式-结构型

Posted 2023-03-03 极客学伟

设计模式-结构型

结构型设计模式包含：代理模式、适配器模式、桥接模式、装饰模式、外观设计模式、享元模式、组合模式

代理模式

核心是在具体的功能类与使用者之间建立一个中介类作为代理，使用者通过代理对象对真实的功能类进行访问。 在ios开发中，代理设计模式非常有用，在UIKit框架中，UITableView 和 UITextView 等组件的渲染和交互都采用了代理设计模式。

以病人预约看病的软件设计举例，核心功能类只有两个医生类和病人类，病人看病前首先预约，预约完成后问诊，医生陈述病情，然后开药。整个系统中有些行为既不属于病人类也不属于医生类，如医生的预约和问诊过程的控制等，这时就需要一个代理类代理医生处理这些行为。

重构后

class Patient 
    func describeCondition() -> String 
        let describe = "描述病情"
        print(describe)
        return describe
    

class Doctor 
    func writPrescription(condition: String) -> String 
        let prescription = "依据病情: \\(condition), 开的处方"
        print(prescription)
        return prescription
    

class DoctorProxy 
    var patient: Patient
    init(patient: Patient) 
        self.patient = patient
    
    func seeDoctor() 
        // 预约医生
        let doctor = reservation()
        // 病人描述病情
        let condition = self.patient.describeCondition()
        // 医生开处方
        doctor.writPrescription(condition: condition)
    
    func reservation() -> Doctor 
        let doctor = Doctor()
        print("预约医生")
        return doctor
    

let patient = Patient()
let doctorProxy = DoctorProxy(patient: patient)
doctorProxy.seeDoctor()

其中，病人并没有和医生进行直接交互，而是通过中间的代理类 DoctorProxy。实际开发中，使用代理设计模式可以使具体的功能类的聚合性更强，并可以在某些功能的执行前后进行额外的准备工作和善后工作。

适配器模式

适配器模式并不是软件设计中的最佳实践，其主要为了解决软件开发过程中新旧模块不兼容的问题。其定义：将一个类的接口转换成使用者期望的另外接口，使得原本接口不兼容的类可以一起工作。

当数据模型版本升级时，可以使用适配器模式兼容旧的数据模型

重构后

class User 
    var name: String
    var age: Int

class UserV2 
    var nickName: String
    var age: Int
    var address: String

class UserAdapter 
    static func toUserV2(user: User) -> UserV2 
        return UserV2(nickName: user.name, age: user.age, address: "")
    

let user = User(name: "学伟", age: 18)
let userV2 = UserAdapter.toUserV2(user: user)
print(userV2)

实际开发中，由于数据模型升级造成的代码不兼容问题会经常遇到，当项目过于庞大时，如果贸然修改以往的旧代码，会有很大的工作量，同时也会伴随很大的风险，使用适配器模式就是一种比较适合的折中选择。

桥接模式

桥接模式是合成复用原则的一种应用，其核心是将抽象与实现分离，用组合来代替继承关系，从而给类更多的扩展性，降低类之间的耦合度。 实际开发中，当某个类具有多维度的属性时，在组织类的结构时，使用桥接模式十分适合。 例如：汽车从功能上分为轿车和卡车，颜色上又分为黑色白色。在设计时有两种设计方案：一种是创建轿车和卡车的类，每个类包含颜色属性：

enum Color 
    case red
    case green

class Car 
    var color: Color

class Saloon: Car 
    print("我是轿车")

class Truck: Car 
    print("我是卡车")

另外一种设计方案可以根据桥接模式，根据实际需要对功能和颜色进行组合。

重构后

enum Color 
    case red
    case green

enum CarType 
    case saloon
    case truck
    var name: String 
        switch self 
        case .saloon:
            return "轿车"
        case .truck:
            return "卡车"
        
    

protocol CarProtocol 
    var color: Color  get 
    var carType: CarType  get 
    func log()

extension CarProtocol 
    func log() 
        print("我是" + carType.name)
    

class Car: CarProtocol 
    var color: Color
    var carType: CarType
    init(color: Color, carType: CarType) 
        self.color = color
        self.carType = carType
    

let car = Car(color: .red, carType: .saloon)
car.log()

通过组合颜色和类型两个枚举来构建汽车对象，避免了因继承带来的耦合问题。

装饰模式

在不改变对象结构的情况下，为该对象增加一些功能。 类比现实生活中的：手机壳、壁画...

以为墙添加贴纸的逻辑设计为例：

重构后

protocol WallProtocol 
    func printInfo()

class Wall: WallProtocol 
    func printInfo() 
        print("墙面")
    

class StickerDecorator: WallProtocol 
    var wall: Wall
    init(wall: Wall) 
        self.wall = wall
    
    func printInfo() 
        print("贴纸装饰")
        self.wall.printInfo()
    

let wall = Wall()
let stickerDecorator = StickerDecorator(wall: wall)
stickerDecorator.printInfo()

其中 StickerDecorator 即装饰器，也需要完整的实现功能类所实现的接口，这样才能不会改变被装饰对象的原始行为。 使用装饰模式可以理解成：为对象的行为进行扩展，只是相比较于继承，装饰模式更加灵活、类之间的耦合度也更低。同时，装饰模式可能由于过度设计而增加过多装饰器类，使系统复杂性变高。

外观设计模式

在软件设计中，当一个系统的功能越来越强时，子模块会越来越多，应用端对系统的访问也会越来越复杂。这时可以通过提供一个外观类来统一处理这些交互，降低应用端使用的复杂性。 以客户购买商品流程的设计为例：

struct User 
    var name: String

struct Goods 
    static func choseGoods(user: User) 
        print("\\(user.name)选择商品")
    

struct Cashier 
    static func pay(user: User) 
        print("\\(user.name)付款")
    

struct Package 
    static func packing(user: User) 
        print("\\(user.name)打包")
    

let user = User(name: "学伟")
Goods.choseGoods(user: user)
Cashier.pay(user: user)
Package.packing(user: user)

User需要完成一个购物流程需要同时与 Goods 、Cashier、Package 三个类进行交互。当每个模块都变得越来越复杂时，代码的扩展和维护将变得十分困难。 对于这样的场景，可以定义一个外观类来统一处理用户的购物逻辑。

重构后

...
struct Store 
    static func shop(user: User) 
        Goods.choseGoods(user: user)
        Cashier.pay(user: user)
        Package.packing(user: user)
    

let user = User(name: "学伟")
Store.shop(user: user)

其中，Store 起到外观的作用，顾客只需要与 Store 一个类进行交互即可，

享元模式

运用共享技术实现大量细粒度对象的复用，避免大量重复对象造成系统的资源开销。 在享元模式中，需要根据共享性将对象中的数据拆分成内部状态和外部状态，之后将内部状态封装成享元对象用户共享。享元模式会增加系统的复杂度，对于不会产生大量重复对象的系统并不适用。

以黑白棋设计为例：

struct Place 
    var x: Int
    var y: Int

enum Color 
    case White
    case Black

class ChessPiece 
    var place: Place
    var color: Color
    var radius: Double
    init(place: Place, color: Color, radius: Double) 
        self.place = place
        self.color = color
        self.radius = radius
    

一个棋子除了位置不同外，颜色和半径对于大部分棋子来说是相同的，这种场景下，place 就是 外部状态，color与radius为内部状态，可以使用享元模式重构

重构后

struct Place 
    var x: Int
    var y: Int

enum Color 
    case White
    case Black

class ChessPieceFlyweight 
    var color: Color
    var radius: Double
    init(color: Color, radius: Double) 
        self.color = color
        self.radius = radius
    

class ChessPieceFlyweightFactory 
    static let white = ChessPieceFlyweight(color: .White, radius: 16.0)
    static let black = ChessPieceFlyweight(color: .Black, radius: 16.0)
    static func getChessPieceFlyweight(color: Color) -> ChessPieceFlyweight 
        switch color 
        case .White:
            return white
        case .Black:
            return black
        
    

class ChessPiece 
    var place: Place
    var chessPieceFlyweight: ChessPieceFlyweight
    init(place: Place, color: Color) 
        self.place = place
        self.chessPieceFlyweight = ChessPieceFlyweightFactory.getChessPieceFlyweight(color: color)
    

即便创建若干个棋子，真实的 ChessPieceFlyweight 只有两个，随着创建的个数越多，节省的内存也越多。

组合模式

采用树状层级结构来表示部分与整体的关系，使得无论是整体对象还是单个对象，对其访问都具有一致性。 在面向对象设计思想中，完整的文件系统至少需要两个类来描述，文件夹和文件；文件系统实际就是树状层级结构，可以使用组合模式设计。

重构后

enum NodeType 
    case Folder
    case File

protocol FileNode 
    var type: NodeType  get 
    var name: String  get 
    func addNode(node: FileNode)
    func removeNode(node: FileNode)
    func getAllNode() -> [FileNode]

class file: FileNode 
    var type: NodeType
    var name: String
    var child = [FileNode]()
    init(type: NodeType, name: String) 
        self.type = type
        self.name = name
    
    func addNode(node: FileNode) 
        self.child.append(node)
    

    func removeNode(node: FileNode) 
        self.child = self.child.filter( n in
            if node.name == n.name && node.type == n.type 
                return false
            
            return true
        )
    

    func getAllNode() -> [FileNode] 
        return self.child
    

通过定义统一的 FileNode 接口，使得使用方无论关心当前操作的节点是文件夹还是文件，都有统一的访问方式，而且屏蔽了树结构中层级的概念，这是组合模式最大的优势。