设计模式_课程

1 设计模式简介

• 从面向对象谈起：
  • 底层思维：向下，如何把握机器底层，从微观理解对象构造

    语言构造
    编译转换
    内存模型
    运行时机制

  • 抽象思维：向上，如何将我们的周围世界抽象为程序代码

    面向对象
    组件封装
    设计模式
    架构模式

• 如何解决复杂性？
  • 分解。(即分而治之，将大问题分解为多个小问题，将复杂问题分解为多个简单问题
  • 抽象。(由于不能掌握全部的复杂对象，我们选择忽视它的非本质细节，而去处理泛化和理想化了的对象模型

• 设计模式分类：
  • 组件协作 (现代软件专业分工之后的第一个结果是“框架与应用程序的划分”，“组件协作”模式通过晚期绑定，实现框架与应用程序之间的松耦合，是二者之间协作时常用的模式)，包括:

    Template Method
    Strategy
    Observer / Event

  • 单一职责

    Decorator
    Bridge

  • 创建对象

    Factory Method
    Abstract Factory
    Prototype
    Builder

  • 对象性能

    Singleton
    Flyweight

  • 接口隔离

    Facade
    Proxy
    Mediator
    Adapter

  • 状态变化

    Memento
    State

  • 数据结构

    Composite
    Iterator
    Chain of Resposibility

  • 行为变化

    Command
    Visitor

  • 领域问题

    Interpreter

• 重构获得模式(Refactoring to Patterns)。
• 重构关键技法：
  • 静态 –> 动态
  • 早绑定 –> 晚绑定
  • 继承 –> 组合
  • 编译时依赖 –> 运行时依赖
  • 紧耦合 –> 松耦合

2 面向对象设计原则

• 依赖倒置原则(DIP)
  • 高层模块(稳定)不应该依赖于低层模块(变化)，二者都应该依赖于抽象(稳定)。
  • 抽象(稳定)不应该依赖于实现细节(变化)，实现细节应该依赖于抽象(稳定)。
• 开放封闭原则(OCP)
  • 对扩展开放，对更改封闭。
  • 类模块应该是可扩展的，但是不可修改。
• 单一职责原则(SRP)
  • 一个类应该仅有一个引起它变化的原因。
  • 变化的方向隐含着类的责任。
• Liskov替换原则(LSP)
  • 子类必须能够替换他们的基类(IS-A)。
  • 继承表达类型抽象。
• 接口隔离原则(ISP)
  • 不应该强迫客户程序依赖他们不用的方法。
  • 接口应该小而完备。(public/private
• 优先使用对象组合，而不是类继承
  • 类继承通常为“白箱复用”，对象组合通常为“黑箱复用”。
  • 继承在某种程度上破坏了封装性，子类父类耦合度高。
  • 对象组合只要求被组合的对象具有良好定义的接口，耦合度低。
• 封装变化点
  • 使用封装来创建对象之间的分界层，让设计者可以在分界层的一侧进行修改，而不会对另一侧产生不良影响，从而实现层次之间的松耦合。
• 针对接口编程，而不是针对实现编程
  • 不将变量类型声明为某个特定的具体类，而是声明为某个接口。
  • 客户程序无需获知对象的具体类型，只需要知道对象所具有的接口。
  • 减少系统中各部分的依赖关系，从而实现“高内聚、松耦合”的类型设计方案。

3 模板方法模式(Template Method)

• 定义：
  • 定义一个操作中的算法骨架(稳定)，而将一些步骤(变化)延迟(虚函数重写)到子类中。Template Method使得子类可以不改变(复用)一个算法的结构即可重定义(override)该算法的某些特定步骤。
• 结构：( 红色不变，蓝色变化
  
• 要点：
  • Template Method模式使用最简单的机制(虚函数的多态性)，为很多应用程序框架提供了灵活的扩展点，是代码复用方面的基本实现结构。
  • “不要调用我，让我调用你”的反向控制结构是Template Method的典型应用。

4 策略模式(Strategy)

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• 动机：
  • 在软件构建过程中，某些对象使用的算法可能是多种多样经常改变的，如果将这些算法都编码到对象中，将会使对象变的异常复杂，而且有时候支持不适用的算法也是一种性能负担。
  • 如何在运行时根据需要透明地更改对象的算法？将算法与对象本身解耦，从而避免上述问题？
• 定义：
  • 定义一些列算法，把他们一个个封装起来，并且使他们可互相替换(变化)。该模式使得算法可独立于使用它的客户程序(稳定)而变化(扩展，子类化)。
• 结构：
  
• 要点：
  • Strategy及其子类为组件提供了一系列可重用的算法，从而使得类型在运行时方便地根据需要在各个算法之间进行切换。
  • Strategy模式提供了用条件判断语句(if else / switch case)以外的另一种选择，消除条件判断语句，就是在解耦合。含有许多条件判断语句的代码通常都需要Strategy模式。
  • 如果Strategy对象没有实例变量，那么各个上下文可共享同一个Strategy对象，从而节省对象开销。

5 观察者模式(Observer / Event)

• 动机：
  • 在软件构建过程中，我们需要为某些对象建立一种“通知依赖关系”，一个对象(目标对象)的状态发生变化，所有的依赖对象(观察者对象)都将得到通知。如果这样的依赖关系过于紧密，将使软件不能很好地抵御变化。
  • 使用面向对象技术，可以将这种依赖关系弱化，并形成一种稳定的依赖关系，从而实现软件体系结构的松耦合。
• 定义：
  • 定义对象间的一种一对多(变化)的依赖关系，以便当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并更新。
• 结构：
  • 
• 要点：
  • 使用面向对象的抽象，Observer模式使得我们可以独立地改变目标与观察者，从而使二者之间的依赖关系达到松耦合。
  • 目标发送通知时，无需指定观察者，通知(可以携带通知信息作为参数)会自动传播。
  • 观察者自己决定是否需要订阅通知，目标对象对此一无所知。
  • Observer模式是基于事件的UI跨国家中非常常用的设计模式，也是MVC模式的重要组成部分。