工程师精讲:设计模式的九种模式(上)
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了工程师精讲:设计模式的九种模式(上)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
一
模版方法模式
简述
模版方法模式是很比较简单的一种模式,也是非常常用的一种设计模式, 相信大家工作过程中直接或间接用到过很多。
下面我们看下对应的UML图和相应的代码
图例
代码
现在我们臆想一个业务场景,比如对接不同的支付渠道(大部分都是基于官方提供的sdk集成),假设我们步骤如下:
1. 签名鉴权
2. 统一下单
3. 返回支付信息
对接支付宝支付的代码:
package design.pattern;
public class AliPay {
/**
* start
*/
public void start() {
System.out.println("某种操作,我现在只是一个范例");
}
/**
* 接口鉴权
*/
public void auth() {
System.out.println("支付宝--生成sign校验是否合法");
}
/**
* 向第三方下订单
*/
public void thirdOrder() {
System.out.println("支付宝--下订单接口");
}
/**
* 获取支付平台信息
*/
public void getPayInfo() {
System.out.println("支付宝--获取支付平台信息");
}
}
对接微信支付的代码
package design.pattern;
public class WxPay {
/**
* start
*/
public void start() {
System.out.println("某种操作,我现在只是一个范例");
}
/**
* 接口鉴权
*/
public void auth() {
System.out.println("微信支付--生成sign校验是否合法");
}
/**
* 向第三方下订单
*/
public void thirdOrder() {
System.out.println("微信支付--下订单接口");
}
/**
* 获取支付平台信息
*/
public void getPayInfo() {
System.out.println("微信支付--获取支付平台信息");
}
}
客户端调用:
//支付宝支付
AliPay aliPay = new AliPay();
aliPay.start();
aliPay.auth();
aliPay.thirdOrder();
aliPay.getPayInfo();
//微信支付
WxPay wxPay = new WxPay();
wxPay.start();
wxPay.auth();
wxPay.thirdOrder();
wxPay.getPayInfo();
通过上面的例子我们发现了这两个类的代码其实有很多相似的地方,他们之间存在着重复性代码,如start方法。是先鉴权还是先下订单,这种完全依靠业务方的调用顺序。
我们用模版方法模式来优化下.
首先我们想到,先把一部分公用方法的供不同支付平台共享,把调用顺序的细节封装起来。
公共基础类(算法类):
package design.pattern;
public abstract class Pay {
/**
* start
*/
public void start() {
System.out.println("某种操作,我现在只是一个范例");
}
abstract void auth();
abstract void thirdOrder();
abstract void getPayInfo();
//实现调度顺序
public void templateMethod() {
//step1
start();
//step2
auth();
//step3
thirdOrder();
//step4
getPayInfo();
}
}
对应的具体支付类:
package design.pattern;
public class AliPay extends Pay {
/**
* 接口鉴权
*/
public void auth() {
System.out.println("支付宝--生成sign校验是否合法");
}
/**
* 向第三方下订单
*/
public void thirdOrder() {
System.out.println("支付宝--下订单接口");
}
/**
* 获取支付平台信息
*/
public void getPayInfo() {
System.out.println("支付宝--获取支付平台信息");
}
}
业务方调用者:
AliPay aliPay = new AliPay();
aliPay.templateMethod();
WxPay wxPay = new WxPay();
wxPay.templateMethod();
output:
某种操作,我现在只是一个范例
支付宝--生成sign校验是否合法
支付宝--下订单接口
支付宝--获取支付平台信息
某种操作,我现在只是一个范例
微信支付--生成sign校验是否合法
微信支付--下订单接口
微信支付--获取支付平台信息
经过简单的改造,pay基础类只需要关注公共部分和调用顺序就可以了,更加方便修改。而其余的业务细节由子类来实现。
但是可能还有其他的情况,比如我想对某个流程做一些开关怎么办,那就需要用到了Hook.
支付基础类
package design.pattern;
public abstract class Pay {
/**
* start
*/
public void start() {
System.out.println("某种操作,我现在只是一个范例");
}
abstract void auth();
abstract void thirdOrder();
abstract void getPayInfo();
public void templateMethod() {
//step1
start();
//step2
auth();
//step3
if (isOrderOpen()) {
thirdOrder();
}
//step4
getPayInfo();
}
/**
* 是否开启订单方式
*
* @return
*/
protected boolean isOrderOpen() {
return true;
}
}
默认是开启向第三方下订单的,比如某个平台不需要这个操作,就可以覆盖isOrderOpen方法就可以了。
package design.pattern;
public class AliPay extends Pay {
/**
* 接口鉴权
*/
public void auth() {
System.out.println("支付宝--生成sign校验是否合法");
}
/**
* 向第三方下订单
*/
public void thirdOrder() {
System.out.println("支付宝--下订单接口");
}
/**
* 获取支付平台信息
*/
public void getPayInfo() {
System.out.println("支付宝--获取支付平台信息");
}
protected boolean isOrderOpen() {
//todo
return false;
}
}
衍生出来的好莱坞原则:
这句话很霸道。。。
其实意思高层组件允许低层组件挂钩到系统上,但是高层组件决定什么和如何去使用这些低层组件.换句话说: 高层组件对待低层组件的方式就是“别调用我们,我们会调用你”。
总结: 上面提出的例子不一定适合这个模式,希望能够理解模版方法模式的意思就好了。
简要来说: 模版方法模式是通过把不变行为搬到了超类,去除了子类中的重复代码。
相似模式: 策略模式
二
策略模式
简介
策略模式属于用处很多并且很简单的一种设计模式
在策略模式(Strategy Pattern)中,一个类的行为或其算法可以在运行时更改。这种类型的设计模式属于行为型模式。
策略模式中定义了算法家族,分别封装起来,让他们之间可以相互替换,此模式让算法的变化,不会影响到使用算法的客户。
场景描述
我们再来假设一个场景,根据不同的下订单入口对用户进行积分奖励
app下单用户 | web下单用户 | 小程序下单用户 |
---|---|---|
奖励100积分 | 奖励20积分 | 奖励50积分 |
坏代码
package design.pattern.reward;
public class Reward {
/**
* 下单平台 0 web 1 小程序 2 app
*/
private int platform = 0;
public Reward(int platform) {
this.platform = platform;
}
/**
* 给用户送积分
*/
public void giveScore() {
int score = 0;
switch (platform) {
case 0: //web
//todo
score = 20;
break;
case 1: //小程序
//todo
score = 50;
break;
case 2: //app
//todo
score = 100;
break;
}
System.out.println("送给用户" + score + "分");
}
}
业务调用:
package design.pattern.reward;
public class PayNotify {
public static void main(String[] args) {
Reward reward = new Reward(2);
reward.giveScore();
}
}
当我们的算法越来越多,越来越复杂的时候,并且当某个算法发生变化,将对所有其他计算方式都会产生影响,不能有效的弹性、清晰的拓展,所以这个时候我们的策略模式就上场了。
策略模式UML图(画图工具不工作了)
策略模式实现
1.首先接口声明-抽象策略
package design.pattern.reward.score;
public interface InterfaceScore {
/**
* 送积分
*/
public void giveScore();
}
2.我们实现接口的giveScore方法-实现具体策略算法
app端积分
package design.pattern.reward.score;
public class AppScore implements InterfaceScore {
private int score = 100;
/**
* 送积分
*/
public void giveScore() {
//todo 具体算法逻辑
System.out.println("送你积分" + score);
}
}
web端积分:
package design.pattern.reward.score;
public class WebScore implements InterfaceScore {
private int score = 20;
/**
* 送积分
*/
public void giveScore() {
//todo 具体算法逻辑
System.out.println("送你积分" + score);
}
}
不同策略算法调度类
package design.pattern.reward;
import design.pattern.reward.score.InterfaceScore;
public class Context {
private InterfaceScore scoreObj;
public Context(InterfaceScore algorithmObj) {
this.scoreObj = algorithmObj;
}
public void giveScore() {
this.scoreObj.giveScore();
}
}
客户端调用
Context context1 = new Context(new AppScore());
context1.giveScore();
Context context2 = new Context(new WebScore());
context2.giveScore();
output:
送你积分100
送你积分20
好像跟我们刚开始的调用方法不一样,约定好的是传一个type值来确定计算的方法,现在直接将计算规则方法暴露给了调用方
继续改造 策略模式+简单工厂
package design.pattern.reward;
import design.pattern.reward.score.AppScore;
import design.pattern.reward.score.InterfaceScore;
import design.pattern.reward.score.WebScore;
public class Context {
private InterfaceScore scoreObj;
public Context(int platform) {
switch (platform) {
case 0: //web
this.scoreObj = new WebScore();
break;
case 1: //小程序
//todo
break;
case 2: //app
this.scoreObj = new AppScore();
break;
}
}
public void giveScore() {
this.scoreObj.giveScore();
}
}
调用:
Context context1 = new Context(0);
context1.giveScore();
Context context2 = new Context(2);
context2.giveScore();
是不是很简单。。。
总结:
策略模式是一种定义一系列算法的方法,从概念上来看,所有这些算法完成的都是相同的工作,只是实现不同,他可以以相同的方式调用所有的算法.减少了算法与使用算法之间的耦合.
策略模式是用来封装算法的,但在实践中我们可以用它来封装几乎任何类型的规则, 只要在分析过程中需要在不同时间应用不同的业务规则,就可以考虑使用策略模式处理这种变化的可能性。
和上次讲到的模版方法模式差异
模版方法模式使用了继承方式实现算法,而策略模式使用了组合方式
模版方法模式对于算法拥有绝对的控制,而策略模式不对算法控制
模版方法的依赖程度要比策略模式高
。。。。。
参考资料: 《大话设计模式》
三
装饰者模式
简介
装饰模式也算一种比较常见的设计模式,工作过程中很少刻意的去实现这种模式,因为这种模式也会带来一些问题。
比如小类太多,组织起来比较麻烦,对客户端完全可见,如果不了解各个类的功能会很乱等等
当然也有很多优点: 可以动态的给类增加一些职责,增加功能更加灵活,比起继承来说也更加具有弹性
下面我们来看看它究竟是什么样子的
场景设置
以买车业务模型为例(本人未买过车,业务场景纯属臆想)
车里面还有很多装备可以选择,根据不同的选择装饰决定最后到手的价格:
商品 | 价格 |
---|---|
裸车 | 100000 |
加热座椅(可选) | 4000 |
真皮内饰(可选) | 8000 |
蹦迪音响(可选) | 5000 |
第一版本实现(我们在一个类里面完成)
package car;
public class Car {
//总价
private int allPrice = 0;
//裸车价格 --实际数值从数据库查询,此处略
private int nakedPrice = 100000;
//加热座椅
private int heatedSeat = 4000;
//真皮内饰
private int dermalInteriors = 8000;
//蹦迪音响
private int bengdiSound = 5000;
public Car() {
this.allPrice += this.nakedPrice;
}
/**
* 添加真皮座椅
*/
public void addHeatedSeat() {
this.allPrice += this.heatedSeat;
}
/**
* 添加真皮内饰
*/
public void addDermalInteriors() {
this.allPrice += this.dermalInteriors;
}
/**
* 添加蹦迪音响
*/
public void addBengdiSound() {
this.allPrice += this.bengdiSound;
}
/**
* 获取总价
*
* @return
*/
public int cost() {
return this.allPrice;
}
}
客户端调用:
package car;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Car car = new Car();
car.addBengdiSound();
System.out.println("总花费价格:" + car.cost());
}
}
output:
花费价格105000
看起来很简洁呢,并且也很好的实现了功能
首先这是我们的场景足够的简单,所涉及的配套组件也比较少,实际中可能针对某个方法可能有很复杂的获取和计算逻辑,组件也会有很多种选择,会造成类爆炸,无法继续维护下去
如果我们使用装饰模式,会带来什么改变呢,会给我们带来什么样的体验呢
设计:
实现:
声明抽象类(被装饰者和装饰者继承此类,目的对实现方法进行规正)
package car;
public abstract class Car {
public String name;
public abstract String cost();
}
主角:被装饰者类-裸车
package car;
/**
* 被装饰的类 -> 裸车
*/
public class NakeCar extends Car {
//裸车价格 --实际数值从数据库查询,此处略
private int nakedPrice = 100000;
public NakeCar() {
this.name = "裸车";
}
/**
* 获取总价
*
* @return
*/
public String cost() {
return this.name + ":" + this.nakedPrice;
}
}
具体装饰类:
加热座椅
package car;
/**
* 装饰组件
*/
public class HeatedSeat extends Car {
//加热座椅
private int heatedSeat = 4000;
//汽车对象
private Car car;
public HeatedSeat(Car car) {
this.name = "加热座椅";
this.car = car;
}
/**
* 获取价格
*
* @return
*/
public String cost() {
//todo
return this.car.cost() + "||" + this.name + ":" + this.heatedSeat;
}
}
真皮内饰
package car;
public class DermalInteriors extends Car {
//真皮内饰
private int dermalInteriors = 8000;
//汽车对象
private Car car;
public DermalInteriors(Car car) {
this.name = "真皮内饰";
this.car = car;
}
/**
* 获取价格
*
* @return
*/
public String cost() {
//todo
return this.car.cost() + "||" + this.name + ":" + this.dermalInteriors;
}
}
蹦迪音响
package car;
public class BengdiSound extends Car {
//蹦迪音响
private int bengdiSound = 5000;
//汽车对象
private Car car;
public BengdiSound(Car car) {
this.name = "蹦迪音响";
this.car = car;
}
/**
* 获取价格
*
* @return
*/
public String cost() {
//todo
return this.car.cost() + "||" + this.name + ":" + this.bengdiSound;
}
}
客户端调用:
package car;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
NakeCar car = new NakeCar();
HeatedSeat heatedSeat = new HeatedSeat(car);
BengdiSound bengdiSound = new BengdiSound(heatedSeat);
System.out.println("总花费价格:" + bengdiSound.cost());
}
}
output:
总花费价格:裸车:100000||加热座椅:4000||蹦迪音响:5000
总结
装饰模式的优点:
可以为已有的功能(被装饰对象)动态的添加功能,简化原有类。在我们的例子中, 裸车是主类,相当于业务中的核心,而一些动态的组件可以根据实际情况使用,也就相当于我们业务线中的附属拓展功能。主逻辑和拓展逻辑的区分会使我们的代码更具拓展性。
装饰模式的缺点:
我们可以看到装饰模式的引入会增多类的数量,以及客户端的使用会有复杂度上升。装饰模式的类依赖特定的类型,需要严格遵守规约(抽象类的约束)
四
命令模式
简介
今天我们介绍又一个行为模式《命令模式》.
将一个请求封装为一个对象,从而使你可用不同的请求对客户端参数化;对请求排队或记录请求日志,以及支持可撤销的操作.
命令模式最初来源于图形化用户界面设计,但现在广泛应用于企业应用设计,特别促进了控制器(请求和分发处理)和领域模型(应用逻辑)的分离.说的更简单一点,命令模式有助于系统更好的进行组织,并易于拓展。
模式共包含: 请求者(INVOKER)、接收者(RECEIVER)、命令(COMMAND)接口、 具体命令(CONCRETE COMMAND)
场景设置
如果您在做点餐工具的研发,如何设计这个点餐系统呢(传统型餐厅)
涉及角色 | 职责 |
---|---|
顾客 | 点餐、用餐、买单 |
服务员 | 下单 |
厨房 | 接单、成单 |
第一版本实现
我们看下order类实现
package design.pattern;
import java.util.Map;
public class Order {
private Map<String, Object> params = null;
public Order(Map<String, Object> params) {
this.params = params;
}
/**
* 创建订单
*/
public void createOrder() {
System.out.println("桌号" + params.get("桌号") + "创建订单");
}
/**
* 生产订单
*/
public void orderUp() {
stirFryUp();
stapleFoodUp();
}
/**
* 炒菜组
*/
private void stirFryUp() {
Object stirFryUp = this.params.get("炒菜");
if (stirFryUp != null) {
for (Object val : (Object[]) stirFryUp) {
System.out.println("生产炒菜:" + val);
}
}
}
/**
* 主食组
*/
private void stapleFoodUp() {
Object stapleFood = this.params.get("主食");
if (stapleFood != null) {
for (Object val : (Object[]) stapleFood) {
System.out.println("生产主食:" + val);
}
}
}
}
我们看到这个类实现了订单创建到菜品输出
调用者:
String[] stirFry = {"鱼香肉丝", "茄子"};
String[] stapleFood = {"米饭"};
Map<String, Object> params = new HashMap<String, Object>();
params.put("桌号", 88);
params.put("炒菜", stirFry);
params.put("主食", stapleFood);
Order order = new Order(params);
//提交菜单
order.createOrder();
//生产菜单
order.orderUp();
从点单到提交菜单 生产菜单流程
output:
桌号88创建订单
生产炒菜:鱼香肉丝
生产炒菜:茄子
生产主食:米饭
如果对于简单的需求来说,这个还是更加简单清晰的. 但是如果我们拓展更多的种类菜品,可能对于我们的类来说会越来越复杂.
我们用命令模式实现下
命令模式实现
Receiver接受者角色:该角色就是干活的角色,命令传递到这里是应该被执行的
Command命令角色:需要执行的所有命令都在这里声明
Invoker调用者角色:接收到命令,并执行命令
具体工作流程图:
Receiver接受者角色(具体执行任务者)
package design.pattern.Receiver;
public abstract class Receiver {
public abstract void doSomething();
}
炒菜具体工作实现
package design.pattern.Receiver;
/**
* 炒菜组
*/
public class StirFryUpReceiver extends Receiver {
private String[] menuList;
public StirFryUpReceiver(String[] menuList) {
this.menuList = menuList;
}
public void doSomething() {
for (String v : menuList) {
System.out.println("生产炒菜" + v);
}
}
}
主食组具体实现
package design.pattern.Receiver;
public class StapleFoodUpReceiver extends Receiver {
private String[] menuList;
public StapleFoodUpReceiver(String[] menuList) {
this.menuList = menuList;
}
public void doSomething() {
for (String v : menuList) {
System.out.println("生产主食" + v);
}
}
}
Command命令角色(具体调用具体任务执行者,相当于饭店的柜台)
package design.pattern.Command;
/**
* 命令抽象类
*/
public abstract class Command {
abstract public void execute();
}
炒菜组命令接收类
package design.pattern.Command;
import design.pattern.Receiver.Receiver;
/**
* 炒菜组Command
*/
public class StirFryUpCommand extends Command {
private Receiver receiver;
/**
* 设置真正的处理者
*
* @param
*/
public StirFryUpCommand(Receiver _receiver) {
this.receiver = _receiver;
}
/**
* 生产菜单
*/
public void execute() {
//对于炒菜设置其他事项
//todo
receiver.doSomething();
}
}
主食组命令接收类
package design.pattern.Command;
import design.pattern.Receiver.Receiver;
/**
* 主食组Command
*/
public class StapleFoodUpCommand extends Command {
private Receiver receiver;
/**
* 设置真正的处理者
*
* @param
*/
public StapleFoodUpCommand(Receiver _receiver) {
this.receiver = _receiver;
}
/**
* 生产菜单
*/
public void execute() {
receiver.doSomething();
}
}
为什么要有命令类存在,直接调用实现不就可以了么.原因在于更加的灵活性,针对不同的实现,我们还可以在execute中完成不同任务的其他和具体炒菜、主食功能无关的相应操作.增强了功能实现的灵活性
命令调用者(服务员实现类,此类还可以实现在生产前取消命令)
package design.pattern;
import design.pattern.Command.Command;
import java.util.ArrayList;
/**
* 服务员
*/
public class Waiter {
private ArrayList<Command> commands = new ArrayList<>();
public void addCommand(Command _command) {
this.commands.add(_command);
}
public void production() {
for (Command command : commands) {
command.execute();
}
}
}
这里我们使用了集合,目的在于我们可以添加命令,在执行production之前,还可以撤销命令。
客户端调用
String[] stirFry = {"鱼香肉丝", "茄子"};
String[] stapleFood = {"米饭"};
//炒菜小组
//命令具体实现者
StirFryUpReceiver stirFryUpReceiver = new StirFryUpReceiver(stirFry);
//命令绑定
StirFryUpCommand stirFryUpCommand = new StirFryUpCommand(stirFryUpReceiver);
//加份米饭
StapleFoodUpReceiver stapleFoodUpReceiver = new StapleFoodUpReceiver(stapleFood);
StapleFoodUpCommand stapleFoodUpCommand = new StapleFoodUpCommand(stapleFoodUpReceiver);
//服务员
Waiter waiter = new Waiter();
waiter.addCommand(stirFryUpCommand);
waiter.addCommand(stapleFoodUpCommand);
waiter.production();
客户端代码执行步骤:
将具体菜单内容传递给执行者(厨师)
将此执行者对象绑定到Command(柜台)中
服务员类添加命令
服务员执行下单,调用production()开始生产
output:
生产炒菜鱼香肉丝
生产炒菜茄子
生产主食米饭
关系图:
目录结构:
订单柜台模型
厨房类模型
服务员类
UML图
此图来源于网络, Invoker相当于我们的服务员类
疑问探讨:
问:接收者一定要存在吗,为什么命令对象不直接实现execute方法的细节?
答:上面已经回答了 “为什么要有命令类存在” 的问题, 核心还是看实际业务,主要在于项目复杂度和解耦的程度.
注意: 不是确定要用使用,最好不要在项目使用此模式,更多建议在优化阶段使用。
工作中大部分直接实现了请求,而不是像我们将工作委托给了接受者(Command->Receiver)
五
适配器模式
简介
适配器模式 将一个类的接口,转换成客户期望的另一个接口。适配器让原本接口不兼容的类可以合作无间
存在两种适配器: “对象适配器” 和 “类”适配器 (因为大部分语言不支持多重继承,所以此处指的是对象适配器)
y适配器模式包含一下三个角色:
1:Target(目标抽象类):目标抽象类定义客户所需的接口,可以是一个抽象类或接口,也可以是具体类。在类适配器中,由于java、php语言不支持多重继承,所以它只能是接口。
2:Adapter(适配器类):它可以调用另一个接口,作为一个转换器,对Adaptee和Target进行适配。它是适配器模式的核心。
3:Adaptee(适配者类):适配者即被适配的角色,它定义了一个已经存在的接口,这个接口需要适配,适配者类包好了客户希望的业务方法。
图例:
场景设置
系统已经在之前实现了订单服务,在一个类里面实现的(坑爹的万能类),这个代码很复杂你们不想再冒风险去改动,并且有外部相关服务正在持续使用它。
就在这个时候,欠扁的产品给你提了一个需求,要你针对我们的后台改造下某个共用的接口,在这个基础上增加些字段,比如下单人的姓名.
我们用简单的适配器模式实现下
代码实现
Order.php 相当于Adaptee需要适配的类
<?php
class Order
{
/**
* 根据订单号查询信息
*
* @param $orderNo
* @return array
*/
public function getInfoByOrderNo($orderNo)
{
//todo 数据资源操作
return [
'order' => [
'orderId' => '2018050320423042',
'title' => '冬天大棉袄',
'price' => '68000',
],
];
}
}
客户期望实现的接口类
<?php
interface OrderBackstage
{
public function getUserOrderByOrderNo(int $orderNo): string;
}
OrderAdepter 适配类(把源接口转换成目标接口)
<?php
class OrderAdepter implements OrderBackstage
{
private $orderService = null;
public function __construct()
{
$this->orderService = new Order();
}
/**
* 根据订单号获取用户userid
*/
public function getUserOrderByOrderNo(int $orderNo): string
{
$order = $this->orderService->getInfoByOrderNo($orderNo);
if (!empty($order)) {
//todo 其它查询拼装
$order['user'] = [
'uid' => 24,
'name' => '小明',
'avatar' => 'http://xxx.com/xx.png'
];
} else {
$order = [];
}
return json_encode($order);
}
}
调用:
$order = new OrderAdepter();
$result = $order->getUserOrderByOrderNo(123);
echo $result;
output:
{"order":{"orderId":"2018050320423042","title":"\u51ac\u5929\u5927\u68c9\u8884","price":"68000"},"user":{"uid":24,"name":"\u5c0f\u660e","avatar":"http:\/\/xxx.com\/xx.png"}}
具体UML图:
总结
适配器模式比较简单,代码均采用php语言实现。
适配器模式主要应用于希望复用一些现存的类,但是接口要求又与复用环境要求不一致的情况。
使用适配器可最小化的影响旧有的业务系统,来增加新的功能。
通过适配器模式,我们下次可以看看外观模式究竟和有什么区别..
下篇见今日推送第二篇文章
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以上是关于工程师精讲:设计模式的九种模式(上)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章