1设计模式-相关概念

Posted 2021-12-01 mrchengs

模式：在特定环境下人们解决某类问题重复出现问题的一套成功有效的解决方案

 

软件模式：将模式的一般概念应用于软件开发领域，即软件开发的总体指导思路或参照样板。

　　　　    软件模式并非仅限于设计模式，还包括架构模式、分析模式和过程模式等

　　　　　实际上，在软件开发生命周期的每一个阶段都存在着一些被认同的模式

 

软件模式基本结构：

软件模式的基础结构主要由4部分组成：问题描述、前提条件、解法、效果

 

 

设计模式：

设计模式(Design Pattern)是一套被反复使用、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
理解并且保证代码可靠性。

 

组成要素：

设计模式一般包含模式名称、问题、目的、解决方案、效果等组成要素

关键要素是模式名称、问题、解决方案和效果

模式名称：通过一两个词来描述模式的问题

问题：描述了应该在何时使用模式，它包含了设计中存在的问题以及问题存在的原因

解决方案：描述了一个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，通常解决方案通过UML类图和核心代码来进行描述

效果：描述了模式的优缺点以及在使用模式时应权衡的问题

 

设计模式可以分为：

创建型、结构型、行为型

创建型：主要用于描述如何创建对象

结构型：主要用于描述如何实现类或对象的组合

行为型：主要用于描述类或对象怎样交互以及怎样分配职责

 

设计模式有什么用：

(1) 设计模式来源众多专家的经验和智慧，它们是从许多优秀的软件系统中总结出的成功的、
　能够实现可维护性复用的设计方案，使用这些方案将可以让我们避免做一些重复性的工作，
　也许我们冥思苦想得到的一个“自以为很了不起”的设计方案其实就是某一个设计模式。

 

(2) 设计模式提供了一套通用的设计词汇和一种通用的形式来方便开发人员之间沟通和交流，
　使得设计方案更加通俗易懂。

 

(3) 大部分设计模式都兼顾了系统的可重用性和可扩展性，这使得我们可以更好地重用一些已
　有的设计方案、功能模块甚至一个完整的软件系统，避免我们经常做一些重复的设计、编写
　一些重复的代码。

 

面向对象设计原则

在面向对象设计中，可维护性的复用是以设计原则为基础的。

每一个原则都蕴含一些面向对象设计的思想，可以从不同的角度提升一个软件结构的设计水平

 

面向对象设计原则为支持可维护性复用而诞生，这些原则蕴含在很多设计模式中，它们是从
许多设计方案中总结出的指导性原则。

 

最常见的7中面向对象设计的原则：

1、单一职责原则

一个类只负责一个功能领域中的相应职责

 

2、开闭原则

软件实体应对扩展开放，而对修改关闭

 

3、里氏代换原则

所有引用基类对象的地方能够透明地使用其子类的对象

 

4、依赖倒转原则

抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象

 

5、接口隔离原则

使用多个专门的接口，而不使用单一的总接口

 

6、合成复用原则

尽量使用对象组合，而不是继承来达到复用的目的

 

7、迪米特法则

一个软件实体应当尽可能少地与其他实体发生相互作用

 

单一职责原则

单一职责原则是最简单的面向对象设计原则，它用于控制类的粒度大小。

定义：一个类只负责一个功能领域中的相应职责

 

一个类承担的职责越多，它被复用的可能性就越小

 

一个类承担的职责过多，就相当于将这些
职责耦合在一起，当其中一个职责变化时，可能会影响其他职责的运作

 

单一职责原则是实现高内聚、低耦合的指导方针，它是最简单但又最难运用的原则

 

 

开闭原则

开闭原则是面向对象的可复用设计的第一块基石，它是最重要的面向对象设计原则。

 

定义：

一个软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。即软件
实体应尽量在不修改原有代码的情况下进行扩展。

 

软件实体可以指一个软件模块、一个由多个类组成的局部结构或一个独立的类。

 

如果一个软件设计符合开闭原则，那么可以非常方便地对系统进行扩展

而且在扩展时无须修改现有代码，使得软件系统在拥有适应性和灵活性的同时具备较好的稳定性和延续性。

 

随着软件规模越来越大，软件寿命越来越长，软件维护成本越来越高

设计满足开闭原则的软件系统也变得越来越重要

 

可以为系统定义一个相对稳定的抽象层，而将不同的实现行为移至具体的实现层中完成。

在很多面向对象编程语言中都提供了接口、抽象类等机制，可以通过它们定义系
统的抽象层，再通过具体类来进行扩展。

如果需要修改系统的行为，无须对抽象层进行任何
改动，只需要增加新的具体类来实现新的业务功能即可，实现在不修改已有代码的基础上扩
展系统的功能，达到开闭原则的要求

 

 

里氏代换原则

如果对每一个类型为S的对象o1，都有类型为T的对象o2

使得以T定义的所有程序P在所有的对象o1代换o2时

程序P的行为没有变化，那么类型S是类型T的子类型。

 

即：所有引用基类（父类）的地方必须能透明地使用其子类的对象。

 

在软件中将一个基类对象替换成它的子类对象，程序将不会产生任
何错误和异常，反过来则不成立

如果一个软件实体使用的是一个子类对象的话，那么它不
一定能够使用基类对象。

 

里氏代换原则是实现开闭原则的重要方式之一，由于使用基类对象的地方都可以使用子类对
象，因此在程序中尽量使用基类类型来对对象进行定义，而在运行时再确定其子类类型，用
子类对象来替换父类对象。

 

注意：

(1)子类的所有方法必须在父类中声明，或子类必须实现父类中声明的所有方法。

 

(2) 我们在运用里氏代换原则时，尽量把父类设计为抽象类或者接口，让子类继承父类或实现
父接口，并实现在父类中声明的方法，运行时，子类实例替换父类实例，我们可以很方便地
扩展系统的功能，同时无须修改原有子类的代码，增加新的功能可以通过增加一个新的子类
来实现。里氏代换原则是开闭原则的具体实现手段之一。

 

(3) Java语言中，在编译阶段，Java编译器会检查一个程序是否符合里氏代换原则，这是一个
与实现无关的、纯语法意义上的检查，但Java编译器的检查是有局限的。

 

 

依赖倒转原则

依赖倒转原则就是面向对象设计的主要实现机制之一，它是系统抽象化的具体实现

 

定义：

抽象不应该依赖于细节，细节应当依赖于抽象。换言之，要针对接口编程，而不是针对实现编程。

 

在程序代码中传递参数时或在关联关系中，尽量引用层次高的抽象层类

即使用接口和抽象类进行变量类型声明、参数类型声明、方法返回类型声明，以及数据
类型的转换等，而不要用具体类来做这些事情

 

为了确保该原则的应用，一个具体类应当只实现接口或抽象类中声明过的方法，而不要给出多余的方法，

否则将无法调用到在子类中增加的新方法。

 

在引入抽象层后，系统将具有很好的灵活性，在程序中尽量使用抽象层进行编程，而将具体
类写在配置文件中，这样一来，如果系统行为发生变化，只需要对抽象层进行扩展，并修改
配置文件，而无须修改原有系统的源代码，在不修改的情况下来扩展系统的功能，满足开闭
原则的要求。

 

在实现依赖倒转原则时，我们需要针对抽象层编程，而将具体类的对象通过依赖注入
的方式注入到其他对象中，依赖注入是指当一个对象要与其他对象发
生依赖关系时，通过抽象来注入所依赖的对象。

常见的注入方式：

1、构造器注入：通过构造函数来传入具体类的对象

2、方法注入：通过Setter方法来传入具体类的对象

3、接口注入：在接口中声明的业务方法来传入具体类的对象

 

接口隔离原则

定义：

使用多个专门的接口，而不使用单一的总接口，即客户端不应该依赖那些它不需要的接口。

 

当一个接口太大时，我们需要将它分割成一些更细小的接口，使用该接
口的客户端仅需知道与之相关的方法即可。

 

每一个接口应该承担一种相对独立的角色，不干
不该干的事，该干的事都要干。

 

“接口”往往有两种不同的含义：

一种是指一个类型所具有的方法特征的集合，仅仅是一种逻辑上的抽象；

一种是指某种语言具体的“接口”定义，有严格的定义和结构，比如Java语言中的interface。

 

(1) 当把“接口”理解成一个类型所提供的所有方法特征的集合的时候，这就是一种逻辑上的概
念，接口的划分将直接带来类型的划分。可以把接口理解成角色，一个接口只能代表一个角
色，每个角色都有它特定的一个接口，此时，这个原则可以叫做“角色隔离原则”。

(2) 如果把“接口”理解成狭义的特定语言的接口，那么ISP表达的意思是指接口仅仅提供客户端
需要的行为，客户端不需要的行为则隐藏起来，应当为客户端提供尽可能小的单独的接口，
而不要提供大的总接口。在面向对象编程语言中，实现一个接口就需要实现该接口中定义的
所有方法，因此大的总接口使用起来不一定很方便，为了使接口的职责单一，需要将大接口
中的方法根据其职责不同分别放在不同的小接口中，以确保每个接口使用起来都较为方便，
并都承担某一单一角色。接口应该尽量细化，同时接口中的方法应该尽量少，每个接口中只
包含一个客户端（如子模块或业务逻辑类）所需的方法即可，这种机制也称为“定制服务”，即
为不同的客户端提供宽窄不同的接口。

 

合成复用原则（组合/聚合复用原则）

定义：尽量使用对象组合，而不是继承来达到复用的目的。

 

在一个新的对象里通过关联关系（包括组合关系和聚合关系）来使用一些
已有的对象，使之成为新对象的一部分；

新对象通过委派调用已有对象的方法达到复用功能
的目的。简言之：复用时要尽量使用组合/聚合关系（关联关系），少用继承。

 

迪米特法则（最少知识原则）

一个软件实体应当尽可能少地与其他实体发生相互作用

 

如果一个系统符合迪米特法则，那么当其中某一个模块发生修改时，就会尽量少地影响其他
模块，扩展会相对容易，这是对软件实体之间通信的限制，迪米特法则要求限制软件实体之
间通信的宽度和深度。迪米特法则可降低系统的耦合度，使类与类之间保持松散的耦合关系

 

迪米特法则还有几种定义形式，包括：不要和“陌生人”说话、只与你的直接朋友通信等，在迪
米特法则中，对于一个对象，其朋友包括以下几类：

(1) 当前对象本身(this)；
(2) 以参数形式传入到当前对象方法中的对象；
(3) 当前对象的成员对象；
(4) 如果当前对象的成员对象是一个集合，那么集合中的元素也都是朋友；
(5) 当前对象所创建的对象。

 

迪米特法则要求我们在设计系统时，应该尽量减少对象之间的交互，如果两个对象之间不必
彼此直接通信，那么这两个对象就不应当发生任何直接的相互作用，如果其中的一个对象需
要调用另一个对象的某一个方法的话，可以通过第三者转发这个调用。简言之，就是通过引
入一个合理的第三者来降低现有对象之间的耦合度。

 

在将迪米特法则运用到系统设计中时，要注意下面的几点：在类的划分上，应当尽量创建松
耦合的类，类之间的耦合度越低，就越有利于复用，一个处在松耦合中的类一旦被修改，不
会对关联的类造成太大波及；在类的结构设计上，每一个类都应当尽量降低其成员变量和成
员函数的访问权限；在类的设计上，只要有可能，一个类型应当设计成不变类；在对其他类
的引用上，一个对象对其他对象的引用应当降到最低。