值得永久收藏的 C# 设计模式套路

Posted 2021-12-12 dotNET跨平台

设计模式知道，套路是个啥？

关于设计模式的说法，网上一搜一大堆，咱就不再去说了。

我的理解，设计模式就是很多NB的大佬们总结出来的，用来处理特定情况的标准解决方案。

那既然是标准方案，就一定会有套路，会有标准的样子。

几种常见的设计模式，都有各自的套路模板。下面进入主题，咱们一个一个来说。

一、抽象工厂模式

抽象工厂主要的场景是创建一系列相关或相似的对象。注意这个相关或相似。因为有这个特性，我们就可以抽取出共同点，来形成接口或抽象类，然后通过这个接口或抽象类，来派生出各个对象。

为什么叫抽象工厂？不知道，而且不重要。在我看来，这只是个名字，记下就好。一个东西出来，总要有个名字的，有个人跑出来说，就叫抽象工厂吧。于是就叫抽象工厂了。就像一个人，做了一个网站，让别人在上面卖东西，后来做大了，需要吹NB了，得给这个经营方式起个名字，于是，B2C 就出现了。现在人们创业做电商，头一件事先讨论做 B2B 还是 B2C。做反了。先做吧，挣钱要紧。做大了，你说叫什么，都会有人听、有人信。

说跑题了，:P

先写几个类型，包括接口和实体类，后面会用到：

// 接口定义
public interface ILaptop
{
    void GetInfo();
}
public interface IMobile
{
    void GetInfo();
}

// 实体类一
public class MateBook : ILaptop
{
    public void GetInfo()
    {
        Console.WriteLine("I am MateBook");
    }
}
public class Mac : ILaptop
{
    public void GetInfo()
    {
        Console.WriteLine("I am Mac");
    }
}

// 实体类二
public class Mate : IMobile
{
    public void GetInfo()
    {
        Console.WriteLine("I am Mate");
    }
}
public class IPhone : IMobile
{
    public void GetInfo()
    {
        Console.WriteLine("I am IPhone");
    }
}

有了上面的类型，我们来看看抽象工厂的套路。

定义：

public interface IFactory
{
    ILaptop CreateLaptop();
    IMobile CreateMobile();
}
public class FactoryA : IFactory
{
    public ILaptop CreateLaptop()
    {
        return new MateBook();
    }
    public IMobile CreateMobile()
    {
        return new Mate();
    }
}
public class FactoryB : IFactory
{
    public ILaptop CreateLaptop()
    {
        return new Mac();
    }
    public IMobile CreateMobile()
    {
        return new IPhone();
    }
}

调用：

public static class Example
{
    public static void ExampleTest()
    {
        var factoryA = new FactoryA();
        var laptopA = factoryA.CreateLaptop();
        var mobileA = factoryA.CreateMobile();
        laptopA.GetName();
        mobileA.GetName();

        var factoryB = new FactoryB();
        var laptopB = factoryB.CreateLaptop();
        var mobileB = factoryB.CreateMobile();
        laptopB.GetName();
        mobileB.GetName();
    }
    //result :
    //I am MateBook
    //I am Mate
    //I am Mac
    //I am IPhone
}

这个模式里面，核心的部分就是工厂接口的定义：

public interface IFactory
{
    ILaptop CreateLaptop();
    IMobile CreateMobile();
}

在这个工厂接口中，加入了多个相似的接口。于是，调用端可以很简单的以类似的方式去调用，而工厂实体中，对内部引用的实体进行区分。一个典型的场景是：一个程序，对着很多种数据库。这样的情况，可以在工厂实体中区分具体连接哪种数据库，而内部的引用实体，则各自对应不同的数据库。外部调用时，只需要在初始化时确认使用哪种数据库，后面的 CRUD 操作，就直接使用就成，调用端不需要考虑数据库的区别。事实上，这也是抽象工厂用的最多的场景。

二、工厂模式

去掉了抽象两个字，居然还是一个模式，而且是一个不同的模式。这个名字起的够混乱。

不过老实说，工厂模式跟抽象工厂模式很像，区别是：抽象工厂模式是在工厂模式的基础上，又做了一层抽象。

看套路：

public interface IFactory
{
    ILaptop CreateLaptop();
}
public class FactoryA : IFactory
{
    public ILaptop CreateLaptop()
    {
        return new MateBook();
    }
}
public class FactoryB : IFactory
{
    public ILaptop CreateLaptop()
    {
        return new Mac();
    }
}
public static class Example
{
    public static void Test()
    {
        var factoryA = new FactoryA();
        var laptopA = factoryA.CreateLaptop();
        laptopA.GetName();

        var factoryB = new FactoryA();
        var laptopB = factoryB.CreateLaptop();
        laptopB.GetName();
    }
    //result :
    //I am MateBook
    //I am Mac
}

看到了吧，跟抽象工厂确实很相似。不过在使用上，工厂模式用得会更多。任何类都可以按工厂模式来写。这个模式最大的作用，是把定义和实体做了分层。开发时，可以一部分人去定义接口，而另一部分人去实现这个接口。而且，工作模式可以随时扩展为抽象工厂。比方一开始只是可能有多种数据库，但具体是哪些数据库还没确定，就可以先按工厂模式写，等数据库定下来，随时就很容易转为抽象工厂了。

三、建造者模式

这个名称起的更不知所云了，就因为一个 Builder?

其实他说的是这么个事。我们经常看到这样的代码：

var mobile = new MobileBuilder()
                .WithBrand("Apple")
                .WithModel("13Pro")
                .WithMemory("512G")
                .Build();

看着是不是很洋气？

来看看这个套路：

// 这就是个数据模型
public class Mobile
{
    public string Brand { get; set; }
    public string Model { get; set; }
    public string Memory { get; set; }
}

// 这才是 Builder 的定义
public class MobileBuilder
{
    private readonly Mobile _mobile = new Mobile();
    public MobileBuilder WithBrand(string brand)
    {
        _mobile.Brand = brand;
        return this;
    }
    public MobileBuilder WithModel(string model)
    {
        _mobile.Model = model;
        return this;
    }
    public MobileBuilder WithMemory(string memory)
    {
        _mobile.Memory = memory;
        return this;
    }
    public Mobile Build()
    {
        return _mobile;
    }
}

然后就可以这样调用了：

public static class Example
{
    public static void Test()
    {
        var mobile = new MobileBuilder()
                        .WithBrand("Apple")
                        .WithModel("13Pro")
                        .WithMemory("512G")
                        .Build();
        Console.WriteLine(mobile.ToJson());
    }
    //result :
    //{"Brand":"Apple","Model":"13Pro","Memory":"512G"}
}

个人而言，我很喜欢这个套路，没有别的，就是洋气，非常的洋气。应用场景也非常多，所有数据的 DTO，都可以么写。

四、原型模式

这个模式听着会有点陌生。看过一些文章，也把它归为是创建型模式。实际上，我更倾向于把它看作是一种代码结构，而不是模式。这种结构最大的作用，是复制 - 通过复制一个存在的实例来创建新实例。

代码是这样的：

public class MobilePackage
{
    public string Color { get; set; }
    public Mobile Mobile { get; set; }

      // 下面才是模式代码
    public MobilePackage ShallowCopy()
    {
        return (MobilePackage)this.MemberwiseClone();
    }
    public MobilePackage DeepCopy()
    {
        var clone = (MobilePackage)this.MemberwiseClone();
        clone.Color = new string(Color);
        clone.Mobile = new Mobile
        {
            Brand = new string(Mobile.Brand),
            Model = new string(Mobile.Model),
            Memory = new string(Mobile.Memory),
        };
        return clone;
    }
}

看看，其实就是一段复制代码。

但是要注意，对于深拷贝和浅拷贝，涉及到指针和引用，如果你不熟悉，了解后再用。看一下上面的结果：

public static class Example
{
    public static void Test()
    {
        var mobilePackage = new MobilePackage
        {
            Color = "White",
            Mobile = new Mobile
            {
                    Brand = "Apple",
                    Model = "13Pro",
                    Memory = "512G",
            }
        };

        var shallowCopied = mobilePackage.ShallowCopy();
        var deepCopied = mobilePackage.DeepCopy();

        mobilePackage.Color = "Black";
        mobilePackage.Mobile.Brand = "Huawei";
        mobilePackage.Mobile.Model = "Mate";

        Console.WriteLine(mobilePackage.ToJson());
        Console.WriteLine(shallowCopied.ToJson());
        Console.WriteLine(deepCopied.ToJson());
    }

    //result:
    //{"Color":"Black","Mobile":{"Brand":"Huawei","Model":"Mate","Memory":"512G"}}
    //{"Color":"White","Mobile":{"Brand":"Huawei","Model":"Mate","Memory":"512G"}}
    //{"Color":"White","Mobile":{"Brand":"Apple","Model":"13Pro","Memory":"512G"}}
}

结果和你理解的是不是一样？如果不一样，去研究一下值和引用的区别。另外，C# 10 里新出来的 Record，就是一个典型的原型模式的类型，也可以了解一下。

五、单例模式

单例模式也是一个用处非常大的模式，而且这个名字起得挺直白。

单例模式，简单点说就是不管你 new 多少回，实际应用全局内存中只会有一份实例。

套路代码特别简单：

public sealed class Singleton
{
    private static Singleton _instance;
    private static readonly object _locker = new object();

    private Singleton()
    {
    }

    public static Singleton GetInstance()
    {
        if (_instance == null)
        {
            lock (_locker)
            {
                if (_instance == null)
                {
                    _instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return _instance;
    }
}

这里有两个注意点：

1. 类声明用到 sealed 关键字，以确保这个类不会被派生。

2. 类构造函数用了 private，以确保这个类不会被 new。这本身与单例无关，只是通过这种方式来表明这是一个单例。控制单例的最核心的代码，其实是下面的 GetInstance() 方法。

调用时，就是下面一行代码：

Singleton singleton = Singleton.GetInstance();

就OK了。

设计模式有很多种，对应的套路也有很多。其中，有一些是简单无脑的套路，像上面的单例，而另一些就会比较复杂。

不过，既然是套路，总是有固定的代码或结构可循的。

我这个主题，打算分几篇来写。这是第一篇。

最后做个小注解：套路虽简单，也要吃透了再用。而且，有时候简单的代码就能很好地完成任务，一定不要过度使用。

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