深入淺出23種設計模式

2020-01-24 01:30:07

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供稿：網友

創建型

1. Factory Method（工廠方法）

意圖：

定義一個用于創建對象的接口，讓子類決定實例化哪一個類。Factory Method 使一個類的實例化延遲到其子類。

適用性：

當一個類不知道它所必須創建的對象的類的時候。

當一個類希望由它的子類來指定它所創建的對象的時候。

當類將創建對象的職責委托給多個幫助子類中的某一個，并且你希望將哪一個幫助子類是代理者這一信息局部化的時候。

2. Abstract Factory（抽象工廠）

意圖：

提供一個創建一系列相關或相互依賴對象的接口，而無需指定它們具體的類。

適用性：

一個系統要獨立于它的產品的創建、組合和表示時。

一個系統要由多個產品系列中的一個來配置時。

當你要強調一系列相關的產品對象的設計以便進行聯合使用時。

當你提供一個產品類庫，而只想顯示它們的接口而不是實現時。

3. Builder（建造者）

意圖：

將一個復雜對象的構建與它的表示分離，使得同樣的構建過程可以創建不同的表示。

適用性：

當創建復雜對象的算法應該獨立于該對象的組成部分以及它們的裝配方式時。

當構造過程必須允許被構造的對象有不同的表示時。

4. Prototype（原型）

意圖：

用原型實例指定創建對象的種類，并且通過拷貝這些原型創建新的對象。

適用性：

當要實例化的類是在運行時刻指定時，例如，通過動態裝載；或者

為了避免創建一個與產品類層次平行的工廠類層次時；或者

當一個類的實例只能有幾個不同狀態組合中的一種時。建立相應數目的原型并克隆它們可能比每次用合適的狀態手工實例化該類更方便一些。

5. Singleton（單例）

意圖：

保證一個類僅有一個實例，并提供一個訪問它的全局訪問點。

適用性：

當類只能有一個實例而且客戶可以從一個眾所周知的訪問點訪問它時。

當這個唯一實例應該是通過子類化可擴展的，并且客戶應該無需更改代碼就能使用一個擴展的實例時。

結構型

6. Adapter Class/Object（適配器）

意圖：

將一個類的接口轉換成客戶希望的另外一個接口。Adapter 模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些類可以一起工作。

適用性：

你想使用一個已經存在的類，而它的接口不符合你的需求。

你想創建一個可以復用的類，該類可以與其他不相關的類或不可預見的類（即那些接口可能不一定兼容的類）協同工作。

（僅適用于對象Adapter ）你想使用一些已經存在的子類，但是不可能對每一個都進行子類化以匹配它們的接口。對象適配器可以適配它的父類接口。

7. Bridge（橋接）

意圖：

將抽象部分與它的實現部分分離，使它們都可以獨立地變化。

適用性：

你不希望在抽象和它的實現部分之間有一個固定的綁定關系。例如這種情況可能是因為，在程序運行時刻實現部分應可以被選擇或者切換。

類的抽象以及它的實現都應該可以通過生成子類的方法加以擴充。這時Bridge 模式使你可以對不同的抽象接口和實現部分進行組合，并分別對它們進行擴充。

對一個抽象的實現部分的修改應對客戶不產生影響，即客戶的代碼不必重新編譯。

（C++）你想對客戶完全隱藏抽象的實現部分。在C++中，類的表示在類接口中是可見的。

有許多類要生成。這樣一種類層次結構說明你必須將一個對象分解成兩個部分。Rumbaugh 稱這種類層次結構為“嵌套的普化”（nested generalizations ）。

你想在多個對象間共享實現（可能使用引用計數），但同時要求客戶并不知道這一點。一個簡單的例子便是Coplien 的String 類[ Cop92 ]，在這個類中多個對象可以共享同一個字符串表示（StringRep ）。

8. Composite（組合）

意圖：

將對象組合成樹形結構以表示“部分-整體”的層次結構。C o m p o s i t e 使得用戶對單個對象和組合對象的使用具有一致性。

適用性：

你想表示對象的部分-整體層次結構。

你希望用戶忽略組合對象與單個對象的不同，用戶將統一地使用組合結構中的所有對象。

9. Decorator（裝飾）

意圖：

動態地給一個對象添加一些額外的職責。就增加功能來說，Decorator 模式相比生成子類更為靈活。

適用性：

在不影響其他對象的情況下，以動態、透明的方式給單個對象添加職責。

處理那些可以撤消的職責。

當不能采用生成子類的方法進行擴充時。一種情況是，可能有大量獨立的擴展，為支持每一種組合將產生大量的子類，使得子類數目呈爆炸性增長。另一種情況可能是因為類定義被隱藏，或類定義不能用于生成子類。

10. Facade（外觀）

意圖：

為子系統中的一組接口提供一個一致的界面，Facade模式定義了一個高層接口，這個接口使得這一子系統更加容易使用。

適用性：

當你要為一個復雜子系統提供一個簡單接口時。子系統往往因為不斷演化而變得越來越復雜。大多數模式使用時都會產生更多更小的類。這使得子系統更具可重用性，也更容易對子系統進行定制，但這也給那些不需要定制子系統的用戶帶來一些使用上的困難。Facade 可以提供一個簡單的缺省視圖，這一視圖對大多數用戶來說已經足夠，而那些需要更多的可定制性的用戶可以越過facade層。

客戶程序與抽象類的實現部分之間存在著很大的依賴性。引入facade 將這個子系統與客戶以及其他的子系統分離，可以提高子系統的獨立性和可移植性。

當你需要構建一個層次結構的子系統時，使用facade模式定義子系統中每層的入口點。如果子系統之間是相互依賴的，你可以讓它們僅通過facade進行通訊，從而簡化了它們之間的依賴關系。

11. Flyweight（享元）

意圖：

運用共享技術有效地支持大量細粒度的對象。

適用性：

一個應用程序使用了大量的對象。

完全由于使用大量的對象，造成很大的存儲開銷。

對象的大多數狀態都可變為外部狀態。

如果刪除對象的外部狀態，那么可以用相對較少的共享對象取代很多組對象。

應用程序不依賴于對象標識。由于Flyweight 對象可以被共享，對于概念上明顯有別的對象，標識測試將返回真值。

12. Proxy（代理）

意圖：

為其他對象提供一種代理以控制對這個對象的訪問。

適用性：

在需要用比較通用和復雜的對象指針代替簡單的指針的時候，使用Proxy模式。下面是一些可以使用Proxy 模式常見情況：

1) 遠程代理（Remote Proxy ）為一個對象在不同的地址空間提供局部代表。 NEXTSTEP[Add94] 使用NXProxy 類實現了這一目的。Coplien[Cop92] 稱這種代理為“大使” （Ambassador ）。

2 )虛代理（Virtual Proxy ）根據需要創建開銷很大的對象。在動機一節描述的ImageProxy 就是這樣一種代理的例子。

3) 保護代理（Protection Proxy ）控制對原始對象的訪問。保護代理用于對象應該有不同的訪問權限的時候。例如，在Choices 操作系統[ CIRM93]中KemelProxies為操作系統對象提供了訪問保護。

4 )智能指引（Smart Reference ）取代了簡單的指針，它在訪問對象時執行一些附加操作。它的典型用途包括：

對指向實際對象的引用計數，這樣當該對象沒有引用時，可以自動釋放它(也稱為SmartPointers[Ede92 ] )。

當第一次引用一個持久對象時，將它裝入內存。

在訪問一個實際對象前，檢查是否已經鎖定了它，以確保其他對象不能改變它。

行為型

13. Interpreter（解釋器）

意圖：

給定一個語言，定義它的文法的一種表示，并定義一個解釋器，這個解釋器使用該表示來解釋語言中的句子。

適用性：

當有一個語言需要解釋執行, 并且你可將該語言中的句子表示為一個抽象語法樹時，可使用解釋器模式。而當存在以下情況時該模式效果最好：

該文法簡單對于復雜的文法, 文法的類層次變得龐大而無法管理。此時語法分析程序生成器這樣的工具是更好的選擇。它們無需構建抽象語法樹即可解釋表達式, 這樣可以節省空間而且還可能節省時間。

效率不是一個關鍵問題最高效的解釋器通常不是通過直接解釋語法分析樹實現的, 而是首先將它們轉換成另一種形式。例如，正則表達式通常被轉換成狀態機。但即使在這種情況下, 轉換器仍可用解釋器模式實現, 該模式仍是有用的。

14. Template Method（模板方法）

意圖：

定義一個操作中的算法的骨架，而將一些步驟延遲到子類中。TemplateMethod 使得子類可以不改變一個算法的結構即可重定義該算法的某些特定步驟。

適用性：

一次性實現一個算法的不變的部分，并將可變的行為留給子類來實現。

各子類中公共的行為應被提取出來并集中到一個公共父類中以避免代碼重復。這是Opdyke 和Johnson 所描述過的“重分解以一般化”的一個很好的例子[ OJ93 ]。首先識別現有代碼中的不同之處，并且將不同之處分離為新的操作。最后，用一個調用這些新的操作的模板方法來替換這些不同的代碼。

控制子類擴展。模板方法只在特定點調用“hook ”操作（參見效果一節），這樣就只允許在這些點進行擴展。

15. Chain of Responsibility（責任鏈）

意圖：

使多個對象都有機會處理請求，從而避免請求的發送者和接收者之間的耦合關系。將這些對象連成一條鏈，并沿著這條鏈傳遞該請求，直到有一個對象處理它為止。

適用性：

有多個的對象可以處理一個請求，哪個對象處理該請求運行時刻自動確定。

你想在不明確指定接收者的情況下，向多個對象中的一個提交一個請求。

可處理一個請求的對象集合應被動態指定。

16. Command（命令）

意圖：

將一個請求封裝為一個對象，從而使你可用不同的請求對客戶進行參數化；對請求排隊或記錄請求日志，以及支持可撤消的操作。

適用性：

抽象出待執行的動作以參數化某對象，你可用過程語言中的回調（call back）函數表達這種參數化機制。所謂回調函數是指函數先在某處注冊，而它將在稍后某個需要的時候被調用。Command 模式是回調機制的一個面向對象的替代品。

在不同的時刻指定、排列和執行請求。一個Command對象可以有一個與初始請求無關的生存期。如果一個請求的接收者可用一種與地址空間無關的方式表達，那么就可將負責該請求的命令對象傳送給另一個不同的進程并在那兒實現該請求。

支持取消操作。Command的Excute 操作可在實施操作前將狀態存儲起來，在取消操作時這個狀態用來消除該操作的影響。Command 接口必須添加一個Unexecute操作，該操作取消上一次Execute調用的效果。執行的命令被存儲在一個歷史列表中。可通過向后和向前遍歷這一列表并分別調用Unexecute和Execute來實現重數不限的“取消”和“重做”。

支持修改日志，這樣當系統崩潰時，這些修改可以被重做一遍。在Command接口中添加裝載操作和存儲操作，可以用來保持變動的一個一致的修改日志。從崩潰中恢復的過程包括從磁盤中重新讀入記錄下來的命令并用Execute操作重新執行它們。

用構建在原語操作上的高層操作構造一個系統。這樣一種結構在支持事務( transaction)的信息系統中很常見。一個事務封裝了對數據的一組變動。Command模式提供了對事務進行建模的方法。Command有一個公共的接口，使得你可以用同一種方式調用所有的事務。同時使用該模式也易于添加新事務以擴展系統。

17. Iterator（迭代器）