设计模式小节

模式总览

设计原则

• 开放-封闭原则（OCP/开-闭原则）：

  • 软件实体（类、模块、函数等等）应该可以扩展，但是不可修改。

  • 对于扩展是开放的，对于更改是封闭的。

    作用：可维护、可扩展、可复用、灵活性好。

    提示：

  • 不可能完全封闭，必须先猜测出最优可能发生的变化种类，然后构造抽象来隔离那些变化
  • 仅对程序中呈现出频繁变化的那些部分作出抽象。
  • 面对需求，对程序的改动是通过增加新代码进行的，而不是更改现有的代码。

• 里氏代换原则（LSP）：子类型必须能够替换掉他们的父类型。此时父类才能真正被复用，而子类也能够在父类的基础上增加新的行为。

   

• 依赖倒转原则（DIP）：
  • 高层模块不应该依赖底层模块。两个都应该依赖抽象。
  • 抽象不应该依赖细节。细节应该依赖抽象。
    作用：由于子类型的可替换性才使得使用父类型的模块在无需修改的情况下可以扩展。
    提示：面向对象的设计即程序中所有依赖关系都是终止于抽象类或者接口。

• 迪米特法则（LoD）/最少知识原则：如果两个类不必彼此直接通信，那么这两个类就不应当发生直接的相互作用。如果其中一个类需要调用另一个类的某一个方法的话，可以通过第三者转发这个调用。
  提示：
  • 类之间的耦合越弱，越有利于复用
  • 在类的结构设计上，每一个类都应当尽量降低成员的访问权限
  • 强调了类之间的松耦合。

• 合成/聚合复用原则（CARP）：尽量使用合成/聚合，尽量不要使用类继承。

  • 聚合表示一种弱的‘拥有’关系，体现的是A对象可以包含B对象，但B对象不是A对象的一部分。

  • 合成则是一种强的‘拥有’关系，体现了杨哥的部分和整体的关系，部分和整体的生命周期一样。

    提示：优先使用对象的合成/聚合将有助于你保持每个类被封装，并被集中在单个任务上。这样类和类继承层次会保持较小规模，并且不太可能增长为不可控制的庞然大物。

• 单一职责原则（SRP）：
  • 就一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原因。
  • 软件设计真正要做的许多内容，就是发现职责并把哪些职责相互分离。
    作用：使类职责单一，即解耦。

• 接口隔离原则（ISP）：客户端不应该被迫依赖于它所不使用的方法。一个类对另外一个类的依赖性应当是建立在最小的接口上的，而不应当将不同的角色都交给一个接口。应该避免将没有关系的接口合并在一起，形成一个臃肿的大接口。接口隔离的过程也就是一个解耦的过程，使得系统更容易重构，更改和重新部署。

创造型模式

• 抽象工厂模式（Abstract Factory）：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。
  优点：

  • 易于交换产品系列，由于具体工厂类在一个应用中只需要在初始化的时候出现一次，这就使得改变一个应用的具体工厂变得非常容易，它只需要改变具体工厂即可使用不同的产品配置。

  • 他让具体的创建实例过程与客户端分离，客户端是通过它们抽象接口操纵实例，产品的具体类名也被具体工厂的实现分离，不会出现在客户代码中。

    提示:所有在用简单工厂的地方，都可以考虑用反射技术来去除switch或if，解除分支判断带来的耦合.

• 建造者模式（Builder）：将一个负责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
  作用：

  • 用户只需要制定需要建造的类型就可以得到它们，而具体建造的过程和细节就不需知道了。
  • 用于创建一些复杂的对象，这些对象内部构建间的建造顺序通常是稳定的，但对象内部的构建通常面临着复杂的变化。

  • 使得建造代码与表示代码分离。

    优点：由于建造者隐藏了该产品是如何组装的，所以若需要改变一个产品的内部表示，只需要再定义一个具体的建造者就可以了。

    应用场景： 当创建复杂对象的算法应该独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式时适用此模式。

• 工厂方法模式（Factory Method）：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类。共产方法使一个类的实例化延迟到其子类。

  应用：实现时，选择判断的问题还是存在，即工厂方法把简单工厂的内部逻辑判断移到了客户端代码来进行。要加功能时，本来是改工厂类的，而现在是修改客户端。

• 原型模式（Prototype）：从一个对象再创建另外一个可定制的对象，而且不需知道任何创建的细节。

  作用：一般在初始化的信息不发生变化的情况下，克隆是最好的办法。既隐藏了对象创建的细节，又对性能是大大的提高。

  注意点：

  • 浅复制：被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值，而所有的对其它对象的引用都仍然指向原来的对象。
  • 深复制：浅复制的基础上，把引用对象的变量指向复制过的新对象。

• 单例模式 （Singleton）：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。

  实现提示 ：

  • 让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以保证没有没有其它实例可以被创建，并且它可以提供一个访问该实例的方法。
  • 多线程的单例利用lock实现，加双重锁定确保唯一实例。
  • C#与公共语言运行库也提供了一种‘静态初始化’方法（类类型用sealed关键字，变量标记为readonly）。这种静态初始化的方式是在自己被加载时就将自己实例化，所以形象地称之为【饿汉式单例类】，原先的处理方式是要在第一次被引用时，才会将自己实例化，所以被称为【懒汉式单例类】。

结构型模式

• 装饰模式（Decorator）：动态地给一个对象添加一些额外的职责，就增加功能来说，装饰模式比生成子类更为灵活。为已有功能动态地添加更多功能的一种方式。

  作用：把每个要装饰的功能放在单独的类中，并让这个类包装它所要装饰的对象，因此，当需要执行特殊行为时，客户代码就可以再运行根据需要有选择地、按顺序地使用装饰功能包装对象了。

  优点：

  • 把装饰功能从类中搬移出去，可简化原有的类。
  • 有效地把类的核心职责和装饰功能区分开了，并且可以去除相关类中重复的装饰逻辑。

• 外观模式（Facade）：为子类系统中的一组接口提供一个一致的界面，此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。

  注意点：

  • 在设计初期阶段，要有意识的将不同的两个层分离，在层与层之间建立外观。
  • 在开发阶段，子系统往往因为不断的重构演化而变得越来越复杂，增加外观可以提供一个简单的接口，介绍它们之间的依赖。
  • 在维护一个遗留的大型系统时，为新需求开发外观类，以完成与遗留代码交互所有复杂的工作。

• 适配器模式（Adapter）：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。

  作用：适配器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。

  应用：

  • 系统的数据和行为都正确，但接口不符时，我们应该考虑用适配器，目的是使控制范围之外的一个原有对象与某个接口匹配。适配器模式主要应用于希望复用一些现存的类，但是接口又与复用环境要求不一致的情况。
  • 两个类所做的事情相同或相似，但是具有不同的接口时要使用它。
  • 客户代码可以统一调用同一接口即可。
  • 在双方都不太容易修改的时候使用。

• 组合模式（Composite）：将对象组合成树形结构以表示’部分-整体’的层次结构。
  作用：组合模式让客户可以一致地使用组合结构和单个对象。

  实现方式：

  • 透明方式：在Component中声明所有用来管理子对象的方法，其中包括Add、Remove等。这样实现Component接口的所有子类都具备了Add和Remove。这样做的好处类就是叶节点和枝节点对于外界没有区别，它们具备完全一致的行为接口。但问题也很明显，因为Leaf类本身不具备Add（）、Remove（）方法的功能，所以实现它是没有意义的。
  • 安全方式：在Component接口中不去声明Add和Remove方法，那么子类的Leaf也就不需要去实现它，而是在Composite声明所有用来管理子类对象的方法，不过由于不够透明，所以树叶和树枝类将不具有相同的接口，客户端的调用需要做相应的判断，带来了不便。

  应用：当需求中是体现部分与整体层次的结构时，希望用户可以忽略组合对象与单个对象的不同，统一地使用组合结构中的所有对象时，就应该考虑用组合模式了。

• 桥接模式（Bridge）：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。这里的实现指的是抽象类和它的派生类用来实现自己的对象。

  提示：实现系统可能有多角度分类，每一种分类都可能变化，那么就把这种多角度分类出来让它们独立变化，减少它们之间的耦合。

• 代理模式（Ptoxy）：为其它对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

  作用：在访问对象时引入一定程度的间接性。

  应用：

  • 远程代理：为一个对象在不同的地址空间提供局部代表。这样可以隐藏一个对象存在与不同地址空间的事实。
  • 虚拟代理：根据需要创建开销很大的对象。通过它来存放实例化需要很长时间的真实对象。
  • 安全代理：用来控制真实对象访问时的权限。
  • 智能指引：当调用真实的对象时，代理处理另外一些事。

• 享元模式（Flyweight）：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

  作用：可避免大量非常相似类的开销。在程序设计中，有时需要生成大量细粒度的类实例来表示数据，如果能把那些参数移到类实例的外面，在方法调用时将它们传递进来，就可以通过共享大幅度地减少单个实例的数目。

  应用： 若一个应用程序使用了大量的对象，而大量的这些对象造成了很大的存储开销时就应该考虑使用；对象的大多数状态可以外部状态，如果删除对象的外部状态，那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象，此时可以考虑使用享元模式。

行为型模式

• 模板方法模式（TemplateMethod）：定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟子类中。

  作用：模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构即可重新定义该算法的某些特定步骤。

  应用：当我们要完成在某一细节层次一致的一个过程或一系列步骤，但其个别步骤在更详细的层次上的实现可能不同时，我们通常考虑用模板方法模式来处理。

  优点：

  • 把不变行为搬移到超类，去除子类中的重复代码，即提供一个代码复用平台。
  • 当不变的和可变的行为在方法的子类实现中混合在一起的时候，不变的行为就会在子类中重复出现，通过模板方法模式把这些行为搬移到单一的地方，以帮助子类拜托重复的不变行为的纠缠。

• 观察者模式/发布-订阅模式（Observer）：定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。这个主题对象在状态发生变化时，会通知所有观察者对象，使它们能够自动更新自己。

  作用：让耦合的双方都依赖于抽象，而不是依赖于具体，达到解耦目的。

  应用：适用于当一个对象的改变需要同时改变其它对象的时候，而且它不知道具体有多少对象有待改变时，应该考虑使用观察者模式。

  提示：

  • 委托可以作是函数的抽象，是函数的“类”，委托的实例将代表一个具体的函数。
  • 委托对象所搭载的所有方法必须具有相同的原型和形式，也就是捆有相同的参数列表和返回值类型。
  • 一个委托可以搭载多个方法，所有方法被一次唤起。可以使得委托对象所搭载的方法并不需要属于同一个类。

• 状态模式（State）：当一个对象的内在状态改变时允许改变其行为，这个对象看起来像是改变了其类。

  作用：主要解决的是当控制一个对象状态转换的条件表达式过于复杂时的情况。把状态的判断逻辑转移到表示不同状态的一系列类当中，可以把复杂的判断逻辑简化。

  优点：将与特定状态相关的行为局部化，并且将不同状态的行为分割开来，消除庞大的条件分支语句。

  应用：当一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为时，就可以考虑使用状态模式了。

• 命令模式（Command）：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；对请求派对或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。

  作用：

  • 把一个操作的对象与知道怎么执行一个操作的对象分隔开。
  • 它能较容易地设计一个命令队列。
  • 在需要的情况下，可以较容易地将命令记入日志。
  • 允许接收请求的一方决定是否要否决请求。
  • 可以容易地实现对请求的撤销和重做。

  • 由于加进新的具体命令类不影响其他的类，因此增加新的具体命令类很容易。

    提示：敏捷开发原则告诉我们，不要为代码添加基于猜测的、实际不需要的功能。如果不清楚一个系统是否需要命令模式，一般就不要着急去实现它，事实上，在需要的时候通过重构实现这个模式并不困难，只有在真正需要如撤销/恢复操作等功能时，把原来的代码重构为命令模式才有意义。

• 职责链模式（Chain of Responsibility）：使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这个对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。

  优点：

  • 使得接收者和法总则都没有对象的明确信息，且链中的对象自己也并不知道链的结构。结果是职责链可简化对象的相互连接，它们仅需保持一个指向其后继者的引用，而不需保持它所有的候选接受者的引用。
  • 可以随时地增加或修改处理一个请求的结构，增强了给对象指派职责的灵活性。但同时一个请求极有可能到了链的末端都得不到处理，或者因为没有正确配置而得不到处理。

• 策略模式（Strategy）:它定义了算法家族， 分别封装起来， 让它们之间可以互相替换， 此模式让算法的变化， 不会影响到使用算法的客户。

  优点：

  • 可以以相同方式调用所有算法。
  • 可以再使用这些行为的类中消除条件语句。
  • 减少各种算法类与使用算法类之间的耦合。
  • 简化单元测试，每个算法有自己的累，可以通过自己的接口单独测试。
  • 选择所用具体实现的职责由客户端对象承担，并转给策略模式的Context对象。

• 备忘录模式（Memento）：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原先保存的状态。

  应用：当角色的状态改变的时候，有可能这个状态无效，这时候就可以使用暂时存储起来的备忘录将状态复原

  提示：如果在某个系统中使用命令模式时，需要实现命令的撤销功能，那么命令模式可以使用备忘录模式来存储可撤销操作的状态。使用备忘录可以把复杂的对象内部信息对其他的对象屏蔽起来。

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

  作用：

  • 分离了集合对象的遍历行为，抽象出一个迭代器类来负责，这样既可以做到不暴露集合的内部结构，又可以让外部代码透明地访问集合内部的数据。

  • 为遍历不同的聚集结构提供如开始、下一个、是否结束、当前哪一项等统一的接口。

    应用：当你需要访问一个聚集对象或需要对聚集有有多重遍历方式时，而且不管这些对象是什么都需要遍历的时候，你就应该考虑用迭代器模式。

• 中介者模式（Mediator：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示地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。

  提示：

  • 容易应用，也容易误用。当系统出现了‘多对多’交互复杂的对象群时，不要急于使用中介者模式，而要先反思你的系统在设计上是不是合理。
  • 交互复杂性变为了中介者的复杂性。
  • 中介者模式一般应用于一组对象以定义良好但是复杂的方式进行通信的场合，如窗体Form对象或web页面aspx，以及想定制一个分部在多个类中的行为，而又不想生成太多的子类的场合。

• 解释器模式（Interpreter）：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，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

  优点：可以很容易地改变和扩展文法，因为该模式使用类来表示文法规则，你可使用继承来改变或或扩展该文法。也比较容易实现文法，因为定义抽象语法树种各个节点的类的实现大体类似，这些类都易于直接编写。

  应用：如果一种特定类型的问题发生的频率足够高，那么可能就值得将该问题的各个实例表述为一个简单语言中的句子。这样就可以构建一个解释器，该解释器通过解释这些句子来解决该问题。

  提示：解释器模式为文法中的每一条规则至少定义一个类，因此包含许多规则的文法可能难以管理和维护。建议当文法非法复杂时，使用其他的技术如语法分析程序或编译器生成器来处理。

• 访问者模式（Visitor）：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你可以再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

  作用：把处理从数据结构分离出来。

  应用：适用于数据结构比较稳定的系统。访问者模式使增加新的数据结构变得困难，所以多数情况不需要此模式。

  优点：

  • 使得算法操作的增加变得容易，增加新的操作就意味着增加一个新的访问者。
  • 访问者模式将有关的行为集中到一个访问者对象中。