设计模式总篇

Posted 2020-10-31 wpbxin

GoFBook设计模式介绍

备注：参考自经典书籍GoF Book：《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》（《设计模式：可复用面向对象软件的基础》）

本文的结构

• 一、什么是设计模式

• 二、设计模式分类

• 三、设计模式之间的关系

一、什么是设计模式

       设计模式源自建筑学，Christopher Alexander说过：“每一个模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案的核心。这样，你就能一次又一次地使用该方案而不必做重复劳动。”尽管Alexander所指的是城市和建筑模式，但他的思想也同样适用于面向对象设计模式，只是在面向对象的解决方案里，我们用对象和接口代替了墙壁和门窗。两类模式的核心都在于提供了相关问题的解决方案。

       一般而言，一个模式有四个基本要素：

1. 模式名称（pattern name）    一个助记名，它用一两个词来描述模式的问题、解决方案和效果。

2. 问题（problem）     描述了应该在何时使用模式。它解释了设计问题和问题存在的前因后果，它可能描述了特定的设计问题，如怎样用对象表示算法等。也可能描述了导致不灵活设计的类或对象结构。有时候，问题部分会包括使用模式必须满足的一系列先决条件。

3. 解决方案（solution）     描述了设计的组成成分，它们之间的相互关系及各自的职责和协作方式。因为模式就像一个模板，可应用于多种不同场合，所以解决方案并不描述一个特定而具体的设计或实现，而是提供设计问题的抽象描述和怎样用一个具有一般意义的元素组合（类或对象组合）来解决这个问题。

4. 效果（consequences）    描述了模式应用的效果及使用模式应权衡的问题。尽管我们描述设计决策时，并不总提到模式效果，但它们对于评价设计选择和理解使用模式的代价及好处具有重要意义。软件效果大多关注对时间和空间的衡量，它们也表述了语言和实现问题。因为复用是面向对象设计的要素之一，所以模式效果包括它对系统的灵活性、扩充性或可移植性的影响，显式地列出这些效果对理解和评价这些模式很有帮助。

 

       一个设计模式命名、抽象和确定了一个通用设计结构的主要方面，这些设计结构能被用来构造可复用的面向对象设计。设计模式确定了所包含的类和实例，他们的角色、协作方式以及职责分配。每一个设计模式都集中于一个特定的面向对象设计问题或设计要点，描述了什么时候使用它，在另一些设计约束条件下是否还能使用，以及使用的效果和如何取舍。

 

       设计模式使人们可以更加简单方便地复用成功的设计和体系结构。将已证实的技术表述成设计模式也会使新系统开发者更加容易理解其设计思路。设计模式帮助你做出有利于系统复用的选择，避免设计损害了系统复用性。通过一个显示类和对象作用关系以及它们之间潜在联系的说明规范，设计模式甚至能够提高已有系统的文档管理和系统维护的有效性。简而言之，设计模式可以帮助设计者更快更好地完成系统设计。

 

       通俗地讲，所谓设计模式，就是一套被反复使用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、保证代码可靠性、可维护。设计模式使人们可以更加简单方便的复用成功的设计和体系结构。将已证实的技术表述成设计模式也会使新系统开发者更加容易理解其设计思路。

 

二、设计模式分类

      设计模式在粒度和抽象层次上各不相同。以下是在GoF的《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》进行的分类。

GoF根据了两条准则对模式进行分类：

一、目的准则：即模式是用来完成什么工作的。模式依据其目的可分为创建型（Creational）、结构型(Structural)、行为型 (Behavioral)三种。
      以上分类根据两条准则

1. 创建型模式与对象的创建有关；
2. 结构型模式处理类或对象的组合；
3. 行为型模式对类或对象怎样交互和怎样分配职责进行描述。

二、范围准则：指定模式主要是用于类还是用于对象。

1. 类模式处理类和子类之间的关系，这些关系通过继承建立，是静态的，在编译时刻便确定下来了。
2. 对象模式处理对象间的关系，这些关系在运行时刻是可以变化的，更具动态性。

     从某种意义上来说，几乎所有模式都使用继承机制，所以“类模式”只指那些集中于处理类间关系的模式，而大部分模式都属于对象模式的范畴。

 

三、设计模式之间的关系

      创建型类模式将对象的部分创建工作延迟到子类，而创建型对象模式则将它延迟到另一个对象中。

      结构型类模式使用继承机制来组合类，而结构型对象模式则描述了对象的组装方式。

      行为型类模式使用继承描述算法和控制流，而行为型对象模式则描述一组对象怎样协作完成单个对象所无法完成的任务。

      还有其他组织模式的方式。有些模式经常会被绑在一起使用，例如，Composite常和Iterator或Visitor一起使用；Iterator或Visitor一起使用；有些模式是可替代的，例如，Prototype常用来替代Abstract Factory；有些模式尽管使用意图不同，但产生的设计结果是很相似的，例如，Composite和Decorator的结构图是相似的。

      还有一种方式是根据模式的“相关模式”部分所描述的它们怎样互相引用来组织设计模式。如下图给出了模式关系的图形说明。

      显然，存在着许多组织设计模式的方法。从多角度去思考模式有助于对它们的功能、差异和应用场合的更深入理解。