01.设计模式.概述

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思考
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设计模式发展
模式之父
——美国加利佛尼亚大学环境结构中心研究所 所长Christopher Alexander博士。
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设计模式发展
《A Pattern Language: Towns，Buildings，Construction》
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设计模式发展
1994年10月，被称为四人帮(GoF)的Erich Gamma， Richard Helm，Ralph Johnson and John Vlissides四人编写的书籍“Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software”面世，
class MovieTicket //电影票类 { private double price; //电影票价格 private string type; //电影票类型 …… //计算打折之后的票价 public double Calculate() { //学生票折后票价计算 if(this.type.Equals("student")) { Console.WriteLine("学生票："); return this.price * 0.8; } //儿童票折后票价计算 else if(this.type.Equals("children") && this.price >= 20 ) { Console.WriteLine("儿童票："); return this.price - 10; } //VIP票折后票价计算 else if(this.type.Equals("vip")) { Console.WriteLine("VIP票："); Console.WriteLine("增加积分！"); return this.price * 0.5; } else { return this.price; //如果不满足任何打折要求，则返回原始票价 } } }
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这本书在后来设计模式 学习和研究中影响非常 广泛，到2007年为止共 重印36次，被翻译成13 种其他语言。
在此书中，GOF总结了多 年来软件开发人员的实 践经验和研究成果，收 编了23个最常用的设计 模式，可谓影响深远。
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JPGWindowsImp
JPGLinuxImp
JPGUnixImp
PNGWindowsImp
PNGLinuxImp
PNGUnixImp
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庞大的跨平台图像浏览系统 问题
• (1) 采用了多层继承结构，导致系统中类的个数急剧 增加，具体层的类的个数 = 所支持的图像文件格式 数×所支持的操作系统数
设计模式发展
到1987年，Kent Beck 和Ward Cunningham开始尝 试把设计模式引入到编程世界，并在OOPSLA大会上 发表了自己的看法。
OOPSLA (Object-Oriented Programming, Systems, Languages & Applications，面向对象编程、系统、 语言和应用大会)是编程语言及软件工程国际顶级 会议，主办方是计算机协会(ACM)。2010年改为 SPLASH --- Systems, Programming, Languages and Applications: Software for Humanity。
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初始设计方案
Image {abstract}
BMPImage
JPGImage
GIFImage
PNGImage
BMPWindowsImp BMPLinuxImp BMPUnixImp
GIFWindowsImp
GIFLinuxImp
GIFUnixImp
设计模式(Design Pattern)
张凯 副教授 计算机学院 软件工程系
LOGO
百度文库
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主要内容
1 2
设计模式发展 设计模式定义
设计模式分类 设计模式优点
3 4
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设计模式课程
2011年2月国务院学位委员会修订学科目录，新增 软件工程专业为一级学科。 我们学院2011年成功申请了软件工程一级学科硕
John Vlissides
斯坦福大学计算机科学博士， 原IBM研究员，于2005年11月 24日因脑瘤去世，享年44岁。
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设计模式发展
时至今日，这本书仍有不计其数的兄弟书籍诞生 出来，可谓影响深远。
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设计模式发展
书中讲述了建筑领域的253个模式， 用“模式” (Pattern)这一词来描述建筑的构造方法，并为模式的作出了定
义，指出这些模式并不会随着时间消逝而褪色。
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设计模式发展
Alexander给出的模式经典定义是：每个模式都 描述了一个在我们的环境中不断出现的问题， 然后描述了该问题的解决方案的核心，通过这 种方式，我们可以无数次地使用那些已有的解 决方案，无需再重复相同的工作。
• (2) 系统扩展麻烦，无论是增加新的图像文件格式还
是增加新的操作系统，都需要增加大量的具体类，这 将导致系统变得非常庞大，增加运行和维护开销
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不够灵活的影院售票系统 实例说明
• 某软件公司为某电影院开发了一套影院售票系统，在
该系统中需要为不同类型的用户提供不同的电影票打
模式：A pattern is a successful or efficient solution to a recurring problem within a context——模式是在特定环境下人 们解决某类重复问题的一套成功或有效的解决 方案。
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展，设计模式已经成为软件设计人员必须掌握
的思想和技术。可以说只有设计模式才能真正
实现代码编制的工程化，才能真正实现代码的
重用性和可维护性。
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实例一 庞大的跨平台图像浏览系统 实例二 不够灵活的影院售票系统
实例三
重用第三方算法库时面临的问题
（一级学科） 计算机科学与技术
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设计模式课程
软件工程这个学科已发展为计算机科学与技术、
数学、工程学、管理学等相关学科的交叉性学科
软件工程学科涉及到学术研究与工程应用两个层次
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设计模式课程
随着计算机软件工程技术和面向对象技术的发
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庞大的跨平台图像浏览系统 实例说明
• 某软件公司要开发一个跨平台图像浏览系统，要求该
系统能够显示BMP、JPG、GIF、PNG等多种格式的文件， 并且能够在Windows、Linux、Unix等多个操作系统上 运行。系统首先将各种格式的文件解析为像素矩阵 (Matrix)，然后将像素矩阵显示在屏幕上，在不同的 操作系统中可以调用不同的绘制函数来绘制像素矩阵。
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设计模式发展
软件设计模式的发展
1993年，Kent Beck 和 Grady Booch 赞助了第一次关于设 计模式的会议，这个设计模式研究组织发展成为著名的 Hillside Group研究组。
Hillside 小组是模式社区的基石。它在全世界赞助了多次 PLoP 会议，包括北美的 PLoP、斯堪的纳维亚的 VikingPLoP 和欧洲 的 EuroPLoP。此外，《Pattern Languages of Program Design》 系列丛书也是在 Hillside 的赞助下出版的。
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不够灵活的影院售票系统 问题
• (1) MovieTicket类的Calculate()方法非常庞大，它
包含各种打折算法的实现代码，在代码中出现了较长 的条件转移语句，不利于测试和维护 • (2) 在增加新的打折算法或者对原有打折算法进行修 改时必须修改MovieTicket类的源代码，系统的灵活 性和可扩展性较差 • (3) 算法的复用性差，如果另一个系统需要重用某些 打折算法，只能通过对源代码进行复制粘贴来重用， 无法单独重用其中的某个或某些算法
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Erich Gamma
苏黎世大学计算机科学博士，是 Eclipse、 JUnit 等项目主要技术 负责人之一。 墨尔本大学计算机科学博士，原 IBM 研究员，现在波士顿顾问集 团供职。 康奈尔大学计算机科学博士， 伊利诺伊大学教授。
Richard Helm
Ralph Johnson
士学位授权点。
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设计模式课程
（专业方向） 软件工程 （二级学科） 智能辅助决策支持系统 计算机体系结构 计算机辅助设计 计算机软件与理论 计算机网络与分布式系统 计算机应用 数据库系统与多媒体信息 自然语言处理与机器翻译 算法的设计与计算复杂性 并行计算与petri网
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软件设计模式的发展
1990年，OOPSLA与ECOOP(欧洲的姐妹会议)联合举办， Erich Gamma和Richard Helm等人开始讨论有关模式的 话题(Bruce Anderson主持)，“四人组” 正式成立， 并开始着手进行设计模式的分类整理工作。 1991 年，OOPSLA，Bruce Anderson主持了首次针对设 计模式的研讨会 。 1992 年，OOPSLA ，Anderson再度主持研讨会，模式已 经逐渐成为人们讨论的话题。
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重用第三方算法库时面临的问题 问题 银行业务处理系统 第三方算法库
• 客户端类 如何在既不修改现有接口又不需要算法库源代码的基 础上能够实现第三方算法库的重用是该软件公司开发 如何兼容？
加密类
人员必须面对的问题。
DataOperation
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重用第三方算法库时面临的问题 实例说明
• 某软件公司在开发一个银行业务处理系统时需要对其 中的机密数据进行加密处理，通过分析发现，用于加 密的程序已经存在于一个第三方算法库中，但是没有
该算法库的源代码。在系统初始设计阶段，已定义数
据操作接口DataOperation，且该接口已被很多同事 使用，对该接口的修改势必导致大量代码需要产生改 动。
折方式，具体打折方案如下：
• (1) 学生凭学生证可享受票价8折优惠；
• (2) 年龄在10周岁及以下的儿童可享受每张票减免10元的
优惠（原始票价需大于等于20元）； • (3) 影院VIP用户除享受票价半价优惠外还可进行积分，积
分累计到一定额度可换取电影院赠送的奖品。
• 该系统在将来可能还要根据需要引入新的打折方式。
现在，除了最常提到的GoF的23种设计模式之外，
不断有各种各样的模式提出来，包括分析模式、
架构模式、过程模式、组织模式、实现模式、反
模式„„
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设计模式发展
软件设计模式的发展
1987年，Kent Beck和Ward Cunningham借鉴Alexander 的模式思想在程序开发中开始应用一些模式 ，在 OOPSLA会议上发表了他们的成果。 (Object-Oriented Programming, Systems, Languages & Applications)是计算机协会（ACM）的一个年度性会 议，主要在美国举办。