C++设计模式-第一篇 （Boolan）

C++设计模式-第一篇 （Boolan）

本章内容：
1 面向对象设计原则
2 GOF-23种设计模式分类
3 模板方法
4 策略模式
5 观察者模式
6 装饰模式
7 桥模式

1 面向对象设计原则

• 深入理解面向对象的机制
  1). 封装，隐藏内部实现
  2). 继承，复用现有代码
  3). 多态，改写对象行为

• 面向对象设计原则有如下8种：

1) 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)。

2) 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。

3) 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。

4) Liskov替换原则(LSP)

• 子类必须能够替换它们的基类(IS-A)。
• 继承表达类型抽象。

5) 接口隔离原则(ISP)

• 不应该强迫客户程序依赖它们不用的方法。
• 接口应该小而完备。

6) 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。
• 而对象组合则只要求被组合的对象具有良好定义的接口，耦合度低。

7) 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的影响，从而实现层次间的松耦合。

8) 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。

2 GOF-23种设计模式分类

• 从目的来看分为：
  1). 创建型(Creational)模式:将对象的部分创建工作延迟到子类或者其他对象， 从而应对需求变化为对象创建时具体类型实现引来的冲击。
  2). 结构型(Structural)模式:通过类继承或者对象组合获得更灵活的结构， 从而应对需求变化为对象的结构带来的冲击。
  3). 行为型(Behavioral)模式:通过类继承或者对象组合来划分类与对象间的职责， 从而应对需求变化为多个交互的对象带来的冲击。

• 从范围来看分为：
  1). 类模式处理类与子类的静态关系。
  2). 对象模式处理对象间的动态关系。

• 从封装变化角度对模式分类：

  
  
  

  模式分类

• 重构关键技法
  1). 静态 -> 动态
  2). 早绑定 -> 晚绑定
  3). 继承 -> 组合
  4). 编译时依赖 -> 运行时依赖
  5). 紧耦合 -> 松耦合

3 模板方法(Template Method模式)

• ** “组件协作”模式：**

• 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， 来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。

• 典型模式：
  1). Template Method
  2). Strategy
  3). Observer / Event

• 动机(Motivation)

• 在软件构建过程中， 对于某一项任务， 它常常有稳定的整体操作结构， 但各个子步骤却有很多改变的需求， 或者由于固有的原因（ 比如框架与应用之间的关系） 而无法和任务的整体结构同时实现。

• 模式定义

• 定义一个操作中的算法的骨架 (稳定)， 而将一些步骤延迟(变化)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 重写)该算法的某些特定步骤。

• 结构(Structure)

  
  
  

  模板方法结构图

• 要点总结
  1). Template Method模式是一种非常基础性的设计模式， 在面向对象系统中有着大量的应用。 它用最简洁的机制（ 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。
  2). 除了可以灵活应对子步骤的变化外， “不要调用我， 让我来调用你” 的反向控制结构是Template Method的典型应用。
  3). 在具体实现方面， 被Template Method调用的虚方法可以具有实现，也可以没有任何实现（ 抽象方法、 纯虚方法） ， 但一般推荐将它们设置为protected方法。

4 策略模式(Strategy模式)

• ** “组件协作”模式：**

• 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， 来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。

• 典型模式：
  1). Template Method
  2). Strategy
  3). Observer / Event

• 动机(Motivation)

• 在软件构建过程中， 某些对象使用的算法可能多种多样，经常改变，如果将这些算法都编码到对象中，将会使对象变得异常复杂；而且有时候支持不使用的算法也是一个性能负担。

• 如何在运行时根据需要透明地改变对象的算法？将算法与对象本身解耦，从而避免上述问题？

• 模式定义

• 定义一系列算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可互相替换（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(Structure)

  
  
  

  策略模式结构图

• 要点总结

• strategy及其子类为组件提供了一系列可重用的算法，从而可以使得类型在运行时方便地根据需要在各个算法之间切换。

• strategy模式提供了用条件判断语句以外的另一种选择，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，那么各个上下文可以共享同一个strategy对象，从而节省对象开销。

5 观察者模式(Observer模式)

• ** “组件协作”模式：**

• 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， 来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。

• 典型模式：
  1). Template Method
  2). Strategy
  3). Observer / Event

• 动机(Motivation)

• 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）的状态发送改变，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。

• 模式定义

• 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（Subject）的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并自动更新。

• 结构(Structure)

  
  
  

  观察者模式结构

• 要点总结

• 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模式时基于事件的UI框架中非常常用的设计模式，也是MVC模式中一个重要的组成部分。

6 装饰模式（Decorator模式）

• ** “单一职责”模式：**

• 在软件组件的设计中，如果责任划分的不清晰，使用继承得到的结果往往是随着需求的变化，子类急剧膨胀，同时充斥着重复代码，这时候的关键是划清责任。

• 典型模式：
  1). Decorator
  2). Bridge

• 动机(Motivation)

• 在某些情况下我们可能会“过度地使用继承来扩展对象的功能”，由于继承为类型引入的静态特质，使得这种扩展方式缺乏灵活性；并且随着子类的增多（扩展功能的增多），各种子类的组合（扩展功能的组合）会导致更多子类的膨胀。

• 如何使“对象功能的扩展”能够根据需要来动态地实现？同时避免“扩展功能的增多”带来的子类膨胀的问题？从而使得任何“功能扩展变化”所导致的影响为最低？

• 模式定义

• 动态（组合）地给一个对象增加一些额外的职责。就增加功能而言，decorator模式比生成子类（继承）更为灵活（消除重复代码&减少子类个数）。

• 结构(Structure)

  
  
  

  装饰模式结构图

• 要点总结

• 通过采用组合而非继承的手法，decorator模式实现了在运行时动态扩展对象功能的能力，而且可以根据需要扩展多个功能。避免了使用继承带来的“灵活性差”和“多子类衍生问题”。

• decorator类在接口上表现为is-a component的继承关系，即decorator类继承了component类所具有的接口。但在实现上又表现为has-a component的组合关系，即decorator类又使用了另一个component类。

• decorator模式的目的并非解决“多子类衍生的多继承”问题，decorator模式应用的要点在于解决“主体类在多个方向上的扩展功能”--是为“装饰”的含义。

7 桥模式（Bridge模式）

• ** “单一职责”模式：**

• 在软件组件的设计中，如果责任划分的不清晰，使用继承得到的结果往往是随着需求的变化，子类急剧膨胀，同时充斥着重复代码，这时候的关键是划清责任。

• 典型模式：
  1). Decorator
  2). Bridge

• 动机(Motivation)

• 由于某些类型的固有的实现逻辑，使得它们具有两个变化的维度，乃至多个纬度的变化。

• 如何应对这种“多维度的变化”？如何利用面向对象技术来使得类型可以轻松地沿着两个乃至多个方向的变化，而不引入额外的复杂度？

• 模式定义

• 将抽象部分（业务功能）与实现部分（平台实现）分离，使它们都可以独立地变化。

• 结构(Structure)

  
  
  

  桥模式结构图

• 要点总结

• bridge模式使用“对象间的组合关系”解耦了抽象和实现之间固有的绑定关系，使得抽象和实现可以沿着各自的维度来变化。所谓抽象和实现沿着各自的维度的变化，即“子类化”它们。

• bridge模式有时候类似于多继承方案，但是多继承方案往往违背单一职责原则（即一个类只有一个变化的原因），复用性比较差。bridge模式是比多继承方案更好的解决方法。

• bridge模式的应用一般在“两个非常强的变化维度”，有时一个类也有多于两个的变化维度，这时可以使用bridge的扩展模式。