设计模式的定义和分类

Posted 2021-11-27 mingqi-420

1、设计模式的定义和分类

设计迷失的出现可以让开发人员站在前人的肩膀上，通过一些成熟的设计方案来指导新项目的设计和开发没以便于开发出具有更好的灵活性和可拓展性。也更易于复用的软件系统，

设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结，使用设计模式是为了可重用代码，让代码更容易被他人理解并且提高代码的可靠性。设计模式是一种用于对系统中不断重现的设计问题的解决方案进行文本化的技术,也是一种共享专家设计经验的技术。

GoF对设计模式的定义如下：

设计模式 是指在特定环境下为解决某一通用软件设计问题提供的一套定制的解决方案，该解决方案描述了对象和类之间的相互作用

2、设计模式的基本要素

(1)模式名称

模式名称通过一两个关键词来描述模式的问题、解决方案和效果，以便用户更好地理解设计模式并便于开发人员之间的交流。绝大多数数模式都是跟据其功能或者模式结构来命名的，在学习设计模式时候，首先应该准确的记忆该设计模式的中引文模式名，在已有的类库中，很多使用了设计模式的类名通常包含了使用的设计模式的名称，如果一个类名称为XXXAdapter,则该类是一个适配器类，在设计时使用了适配器模式,如果一个类名称为XXXFactory，则该类是一个工厂类，一定包含了 一个工厂方法用于返回一个类的实例对象。

(2)问题

问题描述了应该在什么时候使用设计模式，包含了原始设计中存在的问题以及问题存在的原因。这些问题有些事特定的设计问题，如怎样使用对象封装状态或者使用对象标识算法等，也可能是系统中存在不灵活的类或对象结构导致系统的可维护性较差，有时候，在模式的问题藐视部分可能会包含使用该设计模式时必须满足的一系列先决条件，如在使用桥接模式时系统中的类必须存在两个独立变化的维度，在使用组合模式的时候系统中必须存在整体和部分的层次结构等。在对问题进行描述的同时实际上确定了模式所对应的使用环境以及模式的使用动机

（3）解决方案

解决方案描述了设计模式的组成成分，以及这些组成成分之间的相互关系，各自的职责和协作方式，模式时一个通用的模板，它可以应用于各种不同的场合。解决方案并不描述一个特定而具体的设计或者实现，而是提供设计问题的抽象描述和怎样使用一个具有一般意义的元素组合（类或者对象做组合）来解决这个问题。在学习设计模式的时候，解决方案通过类图和核心代码来加以说明，对于每个设计模式，必须掌握其类图，理解类图中每一个角色的意义以及他们之间的关系。并且需要掌握实现该设计模式的一些核心代码，以便于在实际卡发中合理使用设计模式。

（4）效果

效果描述了设计模式的应用情况以及在使用设计模式时应该权衡的问题。效果主要包含设计模式的优缺点分析。大家必须知道，没有任何一个解决方案是100%完美的，在使用设计模式的时候需要进行合理的评价和选择。一个设计模式在某方面具有优点的同时可能在另一方面存在缺陷，因此需要综合考虑模式的效果。在评价效果的时候，通过结合面向对象设计原则来进行分析（以后有时间整理出笔记来）,如判断一个模式是否符合单一职责原则、是否符合开闭原则等

除了以上四个基本要素外，完整的设计模式描述中通常还包含该模式的别名（其他名称），模式的分类（模式所属的类别）、模式的适用性（在什么情况下可以使用该设计模式）、模式的角色（即模式的参与者，模式中的类和对象以及他们之间的职责）、模式实例（通过实例来进一步加深对模式的理解）、模式的应用（在已有系统中该模式的使用）、模式的拓展（该模式的一些改进、与之相关的其他模式以及其他扩展知识）等。

3、设计模式的分类

（1）根据目的分类

① 创建型模型（Creational）

此类模式主要用于创建对象，GoF提供了5种创建模型，分别是工厂方法模式（Factory Method Pattern）、抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）、建造者模式（Builder Pattern）、原型模式（Prototype Pattern）和单例模式（Singleton Pattern）。

② 结构性模式 （Structural）

此类设计模式主要用于处理类和对象的组合。GoF提供了7种结构型模型，分别是适配器模式（Adapter Pattern）、桥接模式（Bridge Pattern）、组合模式（Conposite Pattern）、装饰模式（Decorator Pattern）、外观模式（Facade Pattern）、享元模式（Flyweight Pattern）和代理模式（Proxy Pattern）。

③行为模型模式（Behavioral）

此类设计模式主要用于描述类或者对象如何 交互和怎样分配职责，GoF提供了11种行为型模型。分别是职责链模式（Chain of Responsibility Pattern）、命令模式(Command

Pattern)、解释器模式(Interpreter Pattern)、迭代器模式(Iterator Pattern)、中介者模式(Mediator Pattern)、备忘录模式(Memento Pattern)、观察者模式(Observer Pattern)、状态模式(State Pattern)。策略模式(Strategy Pattern)。模板方法模式(Template Method Pattern)和访问者模式(Visitor Pattern).

GoF（“四人帮”，指Gamma, Helm, Johnson & Vlissides, Addison-Wesley四人）提出的23种设计模式可谓经典，由于其定义比较严谨趋于理论化，故刚开始不一定很快掌握，下面简要对23种设计模式予以简要介绍，并给出现实中相关的通俗易懂的事例：

4 23种设计模式

Abstract Factory 抽象工厂模式——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。

Adapter 适配器模式—–将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。Adapter模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。

Bridge 桥接模式——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。

Builder 生成器模式——将一个复杂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。

Chain of Responsibility 职责链模式——为解除请求的发送者和接收者之间耦合，而使多个对象都有机会处理这个请求。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它。

Command 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进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可取消的操作。

Composite 组合模式——–将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite使得客户对单个对象和复合对象的使用具有一致性。

Decorator 装饰模式——动态地给一个对象添加一些额外的职责。就扩展功能而言，Decorator模式比生成子类方式更为灵活。

Facade 外观模式——为子系统中的一组接口提供一个一致的界面， Facade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。

Factory Method 工厂方法模式——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。Factory Method使一个类的实例化延迟到其子类。

Flyweight 享元模式——运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

Interpreter 解释器模式——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, 该解释器使用该表示来解释语言中的句子。

Iterator 迭代器模式—–提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。

Mediator 中介者模式——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。

Memento 备忘模式——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。这样以后就可将该对象恢复到保存的状态。

Observer 观察者模式：定义对象间的一种一对多的依赖关系,以便当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都得到通知并自动刷新。

Prototype 原型模式——用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这个原型来创建新的对象。

Proxy 代理模式：为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。

Singleton 单态模式——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。

State 状态模式：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所属的类。

Strategy 策略模式——定义一系列的算法,把它们一个个封装起来, 并且使它们可相互替换。本模式使得算法的变化可独立于使用它的客户。

Template Method 模板方法模式——定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。Template Method使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

Visitor 访问者模式—–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。

需要注意的是这23中设计模式并不是独立存在的，很多设计模式之间存在着联系，例如在访问者 模式中操作对象结构中的元素通常需要使用迭代器模式。在解释器模式中定义终结符表达式和非终结符表达式时候可以使用组合模式，此外，还可以通过组合两个和多个模式来设计同一个系统，在充分发挥每一个模式优势的同时使他们可以协同工作，完成一些复杂的设计。

5 设计模式的优点

设计模式是从许多优秀的软件系统中总结出来的、成功的、能够实现可维护性的设计方案，开发人员使用这些方案能够避免做一些重复的工作，而且可以设计出高质量的软件系统，具体来说没设计模式的主要优点如下：

（1）设计模式融合了众多专家的经验，并以一种标准的形式供广大开发人员使用，它提供了一套通用的设计词汇和一种通用的语言，以方便开发人员之间进行沟通和交流，使得设计方案更加通俗易懂。使不同编程语言的开发和设计人员可以通过设计模式来交流系统设计方案，每一个模式都对应一个标准的解决方案，设计模式可以降低开发人员理解系统的复杂度，

（2）设计模式让人们可以更加简单方便的复用成功的设计和体系结构，将已经证实的技术表述成设计模式也可以使新系统的开发者更加容易理解其设计思路。设计模式使得重用成功的设计更加容易，并避免导致不可重用的设计方案。

（3）设计模式使得设计方案更加灵活，且易于修改，在很多设计模式中广泛使用了开闭原则、依赖倒转原则、迪米特法则等面向对象设计原则，使得系统具有较好的可维护性，真正实现了可维护性的复用，在软件开发中合理只用设计模式，可使系统中的一些组成部分在其他系统中得以重用,而在此基础上进行二次开发很方便。正因为设计模式具有该有点，因此在.NET Framework SDK、NHibernate 、NUnit等类库和框架的设计中大量使用了设计模式。

（4）设计模式的使用将提高软件系统的开发效率和软件质量，且在一定程度上节约设计成本，设计模式时一些通过多次实践得以证明的行之有效的解决方案，这些解决方案通常是针对某一类问题的最佳设计方案，因此，可以帮助设计人员构造优秀的软件系统，并且可以直接重用这些设计经验，节省系统设计成本。

（5）设计模式有助于初学者更深入的理解面向对象思想，一方面可以帮助初学者更加方便的阅读和学习现有类库与其他系统中的源代码，另一方面可以提高软件设计水平和代码质量。