设计模式大作业

摘要：

随着软件系统规模和复杂性的增加, 人们对软件的可靠性和生产效率也提出了更高的要求, 软件重用在当前比以往任何时候都显得重要. 设计模式是系统设计阶段的软件重用, 使得那些具有良好性能的设计方案可以在相似环境下被再次复用. 设计模式以文档的形式把面向对象的软件设计经验记录下来, 并予以系统的命名、解释和评价, 使开发人员在进行系统的设计与开发时, 可以使用别人的成功经验而不必为普通的、重复的问题重新设计解决方案,使设计者更容易理解其设计思路,能为自己的问题找到更合适的解决办法,帮助设计者更快更好地完成系统设计.

1.设计模式简介

设计模式是针对面向对象系统中重复出现的设计问题，提出一个通用的设计方案，并予以系统化的命名和动机解释。它描述了问题，提出了解决方案，并指出在什么条件下使用该方案以及其效果。该解决方案是解决该问题的一组精心安排的通用的类和对象，再经过定制和实现就可用来解决特定的上下文中的问题。简单来说，设计模式就是一个常用的方案。在我们的开发过程中经常会遇到一些相同或相近的问题，如果每次都寻找一个相应的解决办法&那么就会增加开发时间，降低开发效率。为了节省时间&提高开发效率&就需要提供一些解决类似问题的，在应用中被证明可行的方案设计模式。所以一个设计模式就是描述了一个被证明可行的方案，这些方案可以重用，有良好的伸缩性。一般而言，一个设计模式有四个要素：

1.模式名称

2.问题。

3.解决方案。

4.效果。

2.设计模式的分类

根据两条准则对模式进行分类,范围准则和目的准则。

范围准则,即指定设计模式主要是用于类还是用于对象。设计模式据此可分

为:

(1)类设计模式: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)对象设计模式: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,几乎所有设计模式都使用继承机制,所以“类设计模式”只指那些集中于处理类间关系的设计模式,而大部分设计模式都属于对象设计模式的范畴。

目的准则,即设计模式是用来完成什么工作的。设计模式据此可分为:

(l)创建型设计模式:与类或对象的创建有关;

(2)结构型设计模式:处理类或对象的组合;

(3)行为型设计模式:对类或对象怎样交互和怎样分配职责进行

描述。

创建型模式，共五种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。结构型模式，共七种：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

行为型模式，共十一种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

3.设计模式的六大原则

1.单一职责原则：一个类应该只有一个职责。

优点：降低类的复杂性；提高类的可读性；提高代码的可维护性和复用性；降低因变更引

起的风险。

2.里氏替换原则：对实现抽象化的具体步骤的规范

优点：代码共享，减少创建类的工作量，每个子类都拥有父类的方法和属性；提高代码的可重用性；提高代码的可扩展性；提高产品或项目的开放性。

缺点：1.继承是入侵式的。只要继承，就必须拥有父类所有属性和方法。

2.降低代码的灵活性。子类必须拥有父类的属性和方法，使子类收到限制。

3.增强了耦合性。当父类的常量、变量和方法修改时，必须考虑子类的修改，这种

修改可能造成大片的代码需要重构。

3.依赖倒置原则：高层模块不应该依赖低层模块，两者都依赖其抽象；抽象不依赖细节；细节应该依赖于抽象。

在Java中的表现：模块间的依赖通过抽象发生，实现类之间不发生直接的依赖关系，其依赖关系是通过接口或抽象类产生的；接口或抽象类不依赖于是实现类；实现类依赖于接口或抽象类。

4.接口隔离原则：1.一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 2.一个接口代表一个角色，不应当将不同的角色交给一个接口。 3.不应该强迫客户使用它们的不同方法。

5. 迪米特法则：一个实体应当尽量少的与其他实体之间发生相互作用，使得系统功能模块相对独立。对迪米特法则进行模式设计有两个：外观模式、中介者模式。

6.开闭原则：一个软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。

重要性体现：提高复用性；提高维护性；提高灵活性；易于测试

4.为什么要使用设计模式

(1)设计模式是经过证实的:设计模式反映了开发者的经验、知识和洞察力,开发者曾成功地使用过这些设计模式。

(2)设计模式是可复用的:设计模式提供了一个现成的解决方案,可根据需要适应不同的问题,可帮助设计者更快更好地完成系统设计;同时,设计模式帮助系统设计者做出有利于系统复用的选择,避免设计损害了系统的复用性。

(3)设计模式是有表现力的：设计模式提供了一个公共的解决方案的词汇表,可用来简洁地表达大的解决方案,也会使新的系统开发者更加容易理解其设计思路。

(4)在面向对象的编程中,软件编程人员更加注重以往代码的重用性和可维护性。通过提供一个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己有系统的文档管理和系统维护的有效性。

5. 结束语

设计模式是在实践中总结出来的, 可复用的面向对象的软件设计方法. 为了使程序具有一个良好、灵活的结构, 以及充分的可扩展性和代码的可重用性,设计模式在面向对象程序设计中具有重要的意义和作用. 但要注意的是，缺乏经验的开发者会很容易地掉进“模式陷阱”之中. “模式陷阱”是指滥用模式,在处理问题时不是去寻找可能存在的最好方案,而是把最终目标集中在尽可能地实现更多的设计模式之上. 使用设计模式并不是必然会带来良好的设计,要想在设计中正确地运用一个设计模式, 必须确保三个条件:

1) 弄清你的问题及设计的要求;

2) 了解这个模式

3）理解这个模式如何解决你的问题. 只有在真正有“易扩展性和代码的可重用性”这种要求的场合, 运用相关的设计模式才是适宜的,如果没有这种需要,那么采用直接的,简单的设计方案才是正确的选择.

A、创建模式

简单工厂模式不属于23中涉及模式，简单工厂一般分为：普通简单工厂、多方法简单工厂、静态方法简单工厂

1、工厂方法模式

简单工厂模式违背了闭包原则,工厂方法模式，创建一个工厂接口和创建多个工厂实现类，这样一旦需要增加新的功能，直接增加新的工厂类就可以了，不需要修改之前的代码。2、抽象工厂模式

多个抽象产品类，每个抽象产品类可以派生出多个具体产品类。

一个抽象工厂类，可以派生出多个具体工厂类。

每个具体工厂类可以创建多个具体产品类的实例，也就是创建的是一个产品线下的多个产品。

3、单例模式（Singleton）

单例对象（Singleton）是一种常用的设计模式,使用单例模式，能保证核心交易服务器独立控制整个流程

4、建造者

5、原型模式

原型模式虽然是创建型的模式，但是与工程模式没有关系，该模式的思想就是将一个对象作为原型，对其进行复制、克隆，产生一个和原对象类似的新对象

B、结构模式（7种）

6、适配器模式

适配器模式将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示，目的是消除由于接口不匹配所造成的类的兼容性问题。主要分为三类：类的适配器模式、对象的适配器模式、接口的适配器模式。

7、装饰模式（Decorator）

装饰模式就是给一个对象增加一些新的功能，而且是动态的，要求装饰对象和被装饰对象实现同一个接口，装饰对象持有被装饰对象的实例，

装饰器模式的应用场景：

1、需要扩展一个类的功能。

2、动态的为一个对象增加功能，而且还能动态撤销。（继承不能做到这一点，继承的功能是静态的，不能动态增删。）

8、代理模式

代理模式就是多一个代理类出来，替原对象进行一些操作

代理模式的应用场景：

如果已有的方法在使用的时候需要对原有的方法进行改进，此时有两种办法：

1、修改原有的方法来适应。这样违反了“对扩展开放，对修改关闭”的原则。

2、就是采用一个代理类调用原有的方法，且对产生的结果进行控制。这种方法就是代理模式。

使用代理模式，可以将功能划分的更加清晰，有助于后期维护！

9、外观模式（Facade）

外观模式是为了解决类与类之家的依赖关系的,降低了类类之间的耦合度，该模式中没有涉及到接口

10、桥接模式（Bridge）

桥接模式就是把事物和其具体实现分开，使他们可以各自独立的变化。桥接的用意是：将抽象化与实现化解耦，使得二者可以独立变化

11、组合模式（Composite）

组合模式有时又叫部分-整体模式,在处理类似树形结构的问题时比较方便

12、享元模式（Flyweight）

享元模式的主要目的是实现对象的共享，即共享池，当系统中对象多的时候可以减少内存的开销，通常与工厂模式一起使用。

C、关系模式（11种）

父类与子类关系

13、策略模式（strategy）

策略模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使他们可以相互替换，且算法的变化不会影响到使用算法的客户。需要设计一个接口，为一系列实现类提供统一的方法，多个实现类实现该接口，设计一个抽象类（可有可无，属于辅助类），提供辅助函数

14、模板方法模式

一个抽象类中，有一个主方法，再定义1...n个方法，可以是抽象的，也可以是实际的方法，定义一个类，继承该抽象类，重写抽象方法，通过调用抽象类，实现对子类的调用

类之间的关系

15、观察者模式（Observer）

包括这个模式在内的接下来的四个模式，都是类和类之间的关系，不涉及到继承,当一个对象变化时，其它依赖该对象的对象都会收到通知，并且随着变化！对象之间是一种一对多的关系

16、迭代子模式（Iterator）

迭代器模式就是顺序访问聚集中的对象，一是需要遍历的对象，即聚集对象，二是迭代器对象，用于对聚集对象进行遍历访问。

17、责任链模式（Chain of Responsibility）

有多个对象，每个对象持有对下一个对象的引用，这样就会形成一条链，请求在这条链上传递，直到某一对象决定处理该请求。但是发出者并不清楚到底最终那个对象会处理该请求，所以，责任链模式可以实现，在隐瞒客户端的情况下，对系统进行动态的调整

18、命令模式（Command）

命令模式的目的就是达到命令的发出者和执行者之间解耦

类的状态

19、备忘录模式（Memento）

主要目的是保存一个对象的某个状态，以便在适当的时候恢复对象，个人觉得叫备份模式更形象些

20、状态模式（State）

当对象的状态改变时，同时改变其行为.

通过中间类

21、访问者模式（Visitor）

访问者模式把数据结构和作用于结构上的操作解耦合，使得操作集合可相对自由地演化。访问者模式适用于数据结构相对稳定算法又易变化的系统。因为访问者模式使得算法操作增加变得容易。若系统数据结构对象易于变化，经常有新的数据对象增加进来，则不适合使用访问者模式。访问者模式的优点是增加操作很容易，因为增加操作意味着增加新的访问者。访问者模式将有关行为集中到一个访问者对象中，其改变不影响系统数据结构。其缺点就是增加新的数据结构很困难。—— From 百科

简单来说，访问者模式就是一种分离对象数据结构与行为的方法，通过这种分离，可达到为一个被访问者动态添加新的操作而无需做其它的修改的效果。

22、中介者模式（Mediator）

中介者模式也是用来降低类类之间的耦合的，因为如果类类之间有依赖关系的话，不利于功能的拓展和维护，因为只要修改一个对象，其它关联的对象都得进行修改。

23、解释器模式（Interpreter）

解释器模式是我们暂时的最后一讲，一般主要应用在OOP开发中的编译器的开发中，所以适用面比较窄。