UNIT設(shè)計模式導(dǎo)論課件

UNIT21設(shè)計模式導(dǎo)論主講人：譚成予副教授武漢大學(xué)計算機(jī)學(xué)院E-MAIL：nadinetan@163.com“NexttoMyLife,SoftwareIsMyPassion”——RobertC.Martin.

懂了設(shè)計模式，就懂了面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計（OOA/D）的精要。反之好像也可能成立。道可道，非常道。道不遠(yuǎn)人，設(shè)計模式亦然如此。2模式與設(shè)計模式描述設(shè)計模式應(yīng)用設(shè)計模式解決設(shè)計問題選擇設(shè)計模式使用設(shè)計模式常用設(shè)計模式簡介本講的提綱31.1實(shí)例體會：簡單工廠模式下

的運(yùn)算器程序編寫程序?qū)崿F(xiàn)以下的功能：計算器控制臺程序，要求輸入兩個操作數(shù)和一個運(yùn)算符。

該程序采用簡單工廠模式處理！GetResult()OperationGetResult()OperationAddGetResult()OperationSubGetResult()OperationMulGetResult()OperationDivGetResult()OperationFactory41.2模式與設(shè)計模式ChristopherAlexander：每一個模式描述了一個在我們周圍不斷重復(fù)發(fā)生的問題，以及該問題的解決方案的核心。這樣，你就能一次又一次地使用該方案而不必重復(fù)勞動。（他說的是城市和建筑模式）模式的四個基本要素：模式名稱：唯一標(biāo)識模式，一個助記名。

問題：描述了應(yīng)該在何時使用模式，特定的設(shè)計問題。解決方案：描述了設(shè)計的組成成分，以及它們之間的相互關(guān)系、職責(zé)和協(xié)作方式。

效果：模式應(yīng)用的效果及使用模式應(yīng)權(quán)衡的問題。模式效果對系統(tǒng)的靈活性、擴(kuò)充性或可移植性的影響。51.3設(shè)計模式解析設(shè)計模式之于面向?qū)ο笙到y(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)的作用就有如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之于面向過程開發(fā)的作用一般！面向?qū)ο笙到y(tǒng)的分析和設(shè)計實(shí)際上追求的就是兩點(diǎn)，一是高內(nèi)聚（Cohesion），而是低耦合（Coupling）。面向?qū)ο蟮脑瓌t：封裝、繼承和多態(tài)、面向接口編程、優(yōu)先使用組合而不是繼承、將抽象和實(shí)現(xiàn)分離的思想。61.3設(shè)計模式解析設(shè)計模式體現(xiàn)的是一種思想，而思想則是指導(dǎo)行為的一切，理解和掌握了設(shè)計模式，并不是說記住了23種（或更多）設(shè)計場景和解決策略（實(shí)際上這也是很重要的一筆財富），實(shí)際接受的是一種思想的熏陶和洗禮，等這種思想融入到了你的思想中后，你就會不自覺地使用這種思想去進(jìn)行你的設(shè)計和開發(fā)，這一切才是最重要的。72描述設(shè)計模式設(shè)計模式的目的：設(shè)計復(fù)用！

圖形符號：遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，只是將設(shè)計過程的結(jié)果簡單記錄為類和對象之間的關(guān)系。用統(tǒng)一格式描述設(shè)計模式，每一個模式根據(jù)模板被封為若干部分。模板具有統(tǒng)一的信息描述結(jié)構(gòu)：模式名和分類：簡潔地描述了模式的本質(zhì)意圖：回答問題“設(shè)計模式是做什么的？原理和意圖？”別名動機(jī)：說明設(shè)計問題以及使用模式中的類、對象來解決該問題的特定場景。該場景將幫助你理解對模式的描述。適用性：什么情況下使用該設(shè)計模式？82描述設(shè)計模式用統(tǒng)一格式描述設(shè)計模式，每一個模式根據(jù)模板被封為若干部分。模板具有統(tǒng)一的信息描述結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：采用基于對象建模技術(shù)的表示法對模式中的類進(jìn)行圖形描述。參與者：設(shè)計模式中的類和/或?qū)ο笠约八鼈兏髯缘穆氊?zé)。協(xié)作：模式的參與者怎樣協(xié)作以實(shí)現(xiàn)它們的職責(zé)。效果：模式怎樣支持它的目標(biāo)？使用模式的效果和所需做的權(quán)衡舍?。肯到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的哪些方面可以獨(dú)立改變？實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)模式時需要的提示、技術(shù)要點(diǎn)以及以避免的缺陷，以及實(shí)現(xiàn)語言存在的問題。92描述設(shè)計模式用統(tǒng)一格式描述設(shè)計模式，每一個模式根據(jù)模板被封為若干部分。模板具有統(tǒng)一的信息描述結(jié)構(gòu)：代碼示例：實(shí)現(xiàn)該模式的代碼片段。已知應(yīng)用：實(shí)際系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的模式的例子。相關(guān)模式：關(guān)系緊密的模式有哪些？不同之處在哪里？如何一起使用？103應(yīng)用設(shè)計模式解決設(shè)計問題尋找合適的對象：面向?qū)ο笤O(shè)計最困難的部分：將系統(tǒng)分解為對象集合，這個過程中需要考慮封裝、粒度、依賴關(guān)系、靈活性、性能、演化、復(fù)用等因素。雖然設(shè)計的許多對象來源與現(xiàn)實(shí)世界的分析模型，但設(shè)計結(jié)果中的類通常在現(xiàn)實(shí)世界中并不存在。設(shè)計模式幫你確定不明顯的抽象和描述這些抽象的對象。例如Strategy模式描述了怎樣實(shí)現(xiàn)空間互換的算法族。113應(yīng)用設(shè)計模式解決設(shè)計問題決定對象的粒度：Fa?ade模式描述了怎樣用對象表示完整的子系統(tǒng)；Flyweight描述了如何支持大量的最小粒度的對象等。指定對象接口：操作的型構(gòu)（對象聲明的每一個操作的操作名、作為參數(shù)的對象和返回值）的集合就是對象的接口。描述對象的實(shí)現(xiàn)：OMT表示法123應(yīng)用設(shè)計模式解決設(shè)計問題運(yùn)用復(fù)用機(jī)制：優(yōu)先使用對象組合，而不是類繼承：功能復(fù)用最常用的技術(shù)是類繼承（白箱復(fù)用，編譯時靜態(tài)定義）和對象組合（黑箱復(fù)用，運(yùn)行時刻動態(tài)定義）委托：接收請求的對象把操作委托給它的代理者，例如在類A中保存一個類B的實(shí)例，來代理類B的特定操作。對象組合的特例。參數(shù)化類型：非嚴(yán)格的面向?qū)ο蠊δ軓?fù)用技術(shù)，即用類屬或模板。關(guān)聯(lián)運(yùn)行時刻和編譯時刻的結(jié)構(gòu)：代碼結(jié)構(gòu)在編譯時刻就被確定下來，它由固定繼承關(guān)系的類組成。而運(yùn)行時刻結(jié)構(gòu)是由快速變化的通信對象網(wǎng)絡(luò)組成。二者是獨(dú)立的！133應(yīng)用設(shè)計模式解決設(shè)計問題設(shè)計應(yīng)支持變化

可能引發(fā)重新設(shè)計的一般原因：通過顯式地指定一個類來創(chuàng)建對象：AbstractFactory、FactoryMethod、Prototype對特殊操作的依賴：ChainofResposibility、Command對硬件和軟件平臺的依賴：

AbstractFactory、Bridge對對象表示或?qū)崿F(xiàn)的依賴：AbstractFactory、Bridge、Memento、Proxy算法依賴：Builder、Iterator、Strategy、TemplateMethod、Visitor143應(yīng)用設(shè)計模式解決設(shè)計問題設(shè)計應(yīng)支持變化

可能引發(fā)重新設(shè)計的一般原因：緊耦合：AbstractFactory、Command、Mediator、Observer、ChainofResponisibility通過生成子類來擴(kuò)充功能：Bridge、ChainofResposibility、Composite、Decorator、Observer、Strategy不能方便的對類修改：

Adaptor、Decorator、Visitor154選擇設(shè)計模式考慮設(shè)計模式是怎樣解決設(shè)計問題的瀏覽模式的意圖部分研究模式怎樣相互關(guān)聯(lián)研究目的相似的模式檢查重新設(shè)計的原因考慮你的設(shè)計中哪些是可變的165使用設(shè)計模式瀏覽一遍模式回頭研究結(jié)構(gòu)部分、參與者部分和協(xié)作部分看代碼示例部分，分析該模式代碼實(shí)例選擇模式參與者的名字，使得它們在上下文中有意義定義類定義模式中專用于應(yīng)用的操作名稱實(shí)現(xiàn)執(zhí)行模式中責(zé)任和協(xié)作的操作176常用設(shè)計模式簡介共23種模式，按照目的相似分為三類創(chuàng)建型設(shè)計模式：描述實(shí)例化對象的相關(guān)技術(shù)，解決創(chuàng)建對象的有關(guān)問題結(jié)構(gòu)型設(shè)計模式：描述在軟件系統(tǒng)中組織類和對象的方法，避免在一個類被賦予過多職責(zé)而破壞類的封裝型和信息的隱藏，以及類之間功能重疊的問題行為設(shè)計模式：負(fù)責(zé)分配對象的職責(zé)，為對象間協(xié)作建模提供有效的策略186常用設(shè)計模式簡介創(chuàng)建型設(shè)計模式AbstractFactory工廠模式

：為創(chuàng)建一系列相關(guān)的或者相互依賴的對象配置接口，而不必執(zhí)行它們具體的類。支持設(shè)計可變的部分：產(chǎn)品對象家族

客戶類和工廠類分開。消費(fèi)者任何時候需要某種產(chǎn)品，只需向工廠請求即可。消費(fèi)者無須修改就可以接納新產(chǎn)品。缺點(diǎn)是當(dāng)產(chǎn)品修改時，工廠類也要做相應(yīng)的修改。如：如何創(chuàng)建及如何向客戶端提供。196常用設(shè)計模式簡介創(chuàng)建型設(shè)計模式BuilderMethod建造模式

：將復(fù)雜的對象創(chuàng)建與它的表示分離，使用同樣的構(gòu)建過程可以創(chuàng)建不同的表示。支持設(shè)計可變的部分：如何創(chuàng)建一個組合對象

將產(chǎn)品的內(nèi)部表象和產(chǎn)品的生成過程分割開來，從而使一個建造過程生成具有不同的內(nèi)部表象的產(chǎn)品對象。建造模式使得產(chǎn)品內(nèi)部表象可以獨(dú)立的變化，客戶不必知道產(chǎn)品內(nèi)部組成的細(xì)節(jié)。建造模式可以強(qiáng)制實(shí)行一種分步驟進(jìn)行的建造過程。206常用設(shè)計模式簡介創(chuàng)建型設(shè)計模式FactoryMethod工廠方法模式：定義一個創(chuàng)建對象的接口，但卻讓一個子類來決定具體實(shí)例化哪一個類。支持設(shè)計可變的部分：被實(shí)例化的子類

核心工廠類不再負(fù)責(zé)所有產(chǎn)品的創(chuàng)建，而是將具體創(chuàng)建的工作交給子類去做，成為一個抽象工廠角色，僅負(fù)責(zé)給出具體工廠類必須實(shí)現(xiàn)的接口，而不接觸哪一個產(chǎn)品類應(yīng)當(dāng)被實(shí)例化這種細(xì)節(jié)。

216常用設(shè)計模式簡介創(chuàng)建型設(shè)計模式Prototype原始模型模式：使用原型實(shí)例指定創(chuàng)建對象的種類，而通過拷貝這個原型實(shí)例來創(chuàng)建新的實(shí)例。支持設(shè)計可變的部分：被實(shí)例化的類

原始模型模式允許動態(tài)的增加或減少產(chǎn)品類，產(chǎn)品類不需要非得有任何事先確定的等級結(jié)構(gòu)，原始模型模式適用于任何的等級結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)是每一個類都必須配備一個克隆方法。

Singleton單例模式：保證在運(yùn)行的應(yīng)用程序中，一個類只實(shí)例化一次，并提供一個訪問它的全局訪問點(diǎn)。支持設(shè)計可變的部分：一個類的唯一實(shí)例

單例模式只應(yīng)在有真正的“單一實(shí)例”的需求時才可使用。226常用設(shè)計模式簡介結(jié)構(gòu)型設(shè)計模式Adapter適配器（變壓器）模式：把一個類的接口變換成客戶端所期望的另一種接口，從而使原本因接口不匹配而無法一起使用的兩個類那個一起使用。支持設(shè)計可變的部分：對象的接口

適配類可以根據(jù)參數(shù)返還一個合適的實(shí)例給客戶端。

Bridge橋梁模式：將一個復(fù)雜對象的構(gòu)建與它的表示分離，使得二者可以獨(dú)立變化。支持設(shè)計可變的部分：對象的實(shí)現(xiàn)

將抽象化與實(shí)現(xiàn)化脫耦，使得二者可以獨(dú)立的變化，也就是說將他們之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)變成弱關(guān)聯(lián)，也就是指在一個軟件系統(tǒng)的抽象化和實(shí)現(xiàn)化之間使用組合/聚合關(guān)系而不是繼承關(guān)系，從而使兩者可以獨(dú)立的變化。

236常用設(shè)計模式簡介結(jié)構(gòu)型設(shè)計模式Composite合成模式：將對象組織到樹結(jié)構(gòu)中，可以用來描述整體和部分的關(guān)系。支持設(shè)計可變的部分：一個對象的結(jié)構(gòu)和組成

合成模式就是一個處理對象的樹結(jié)構(gòu)的模式。合成模式把部分與整體的關(guān)系用樹結(jié)構(gòu)表示出來。合成模式使得客戶端把一個個單獨(dú)的成分對象和由他們復(fù)合而成的合成對象同等看待。Decorator裝飾模式：動態(tài)給一個對象增加功能，這些功能可以在動態(tài)地撤銷。支持設(shè)計可變的部分：對象的職責(zé)，不生成子類

裝飾模式以對客戶端透明的方式擴(kuò)展對象的功能，是繼承關(guān)系的一個替代方案，提供比繼承更多的靈活性。動態(tài)給一個對象增加功能，這些功能可以再動態(tài)的撤消。增加由一些基本功能的排列組合而產(chǎn)生的非常大量的功能。

246常用設(shè)計模式簡介結(jié)構(gòu)型設(shè)計模式Facade門面模式：為一個復(fù)雜系統(tǒng)提供了一個簡單的接口，即提供一個高層次的接口，使得系統(tǒng)更易于使用。每一個子系統(tǒng)只有一個門面類，而且此門面類只有一個實(shí)例，也就是說它是一個單例模式。但整個系統(tǒng)可以有多個門面類。支持設(shè)計可變的部分：一個子系統(tǒng)的接口Flyweight享元模式：創(chuàng)建共享對象的一個小型池，以共享方式高校的支持大量的細(xì)粒度對象。支持設(shè)計可變的部分：對象的存儲開銷

元模式大幅度的降低內(nèi)存中對象的數(shù)量

256常用設(shè)計模式簡介結(jié)構(gòu)型設(shè)計模式Proxy代理模式：給某一個對象提供一個代理對象，并由代理對象控制原來對象的引用。支持設(shè)計可變的部分：如何訪問一個對象；該對象的位置。ChainofResposibility責(zé)任鏈模式：將很多對象連接起來形成一條鏈。請求在這個鏈上傳遞，直到鏈上的某一個對象決定處理此請求為止。支持設(shè)計可變的部分：滿足一個請求的對象266常用設(shè)計模式簡介行為設(shè)計模式Command命令模式：把一個請求或者操作封裝到一個對象中，允許請求的一方和發(fā)送的一方獨(dú)立開來。支持設(shè)計可變的部分：何時、怎樣滿足一個請求

命令模式把發(fā)出命令的責(zé)任和執(zhí)行命令的責(zé)任分割開，委派給不同的對象。

Interpreter解釋器模式：給定一個語言后，該模式可以定義出其文法的一種表示，并同時提供一個解釋器。支持設(shè)計可變的部分：一個語言的文法及解釋

解釋器模式將描述怎樣在有了一個簡單的文法后，使用模式設(shè)計解釋這些語句。

276常用設(shè)計模式簡介行為設(shè)計模式Interator迭代子模式：分離一個集合對象的遍歷行為，抽象出一個迭代器類來負(fù)責(zé)。支持設(shè)計可變的部分：如何遍歷、訪問一個聚合的各元素Mediator調(diào)停者模式：用一個中介對象來封裝一系列的對象交互，使得這些對象不必相互明顯作用。支持設(shè)計可變的部分：對象間怎樣交互、和誰交互？

調(diào)停者模式將對象的行為和協(xié)作抽象化，把對象在小尺度的行為上與其他對象的相互作用分開處理。286常用設(shè)計模式簡介行為設(shè)計模式Memento備忘錄模式：在不破壞封裝的前提下，捕獲一個對象內(nèi)部狀態(tài)并外部化，存儲起來。支持設(shè)計可變的部分：一個對象中哪些私有信息存放在該對象之外，以及在什么時候進(jìn)行存儲。Obersver觀察者模式：定義了一種一對多的依賴關(guān)系，讓多個觀察者對象同時監(jiān)聽某一個主題對象。支持設(shè)計可變的部分：多個對象依賴于另外一個對象，而這些對象又如何保持一致296常用設(shè)計模式簡介行為設(shè)計模式State狀態(tài)模式：允許一個對象在其內(nèi)部狀態(tài)改變時，改變行為。支持設(shè)計