Gof23设计模式趣味详解（三分钟上手系列）

为什么要学习设计模式

不管你是初级的Coder还是高级的程序员，都离不开设计模式的“画龙点睛”

学习设计模式可以提高程序员的思维能力、编程能力和设计能力，从而使你写的代码可重用性更高、可读性更强、可靠性更高、灵活性更好、可维护性更强

最硬核的是使程序设计更加标准化、代码编制更加工程化，使软件开发效率大大提高，从而缩短软件的开发周期，简单来讲就是减少重复造“轮子”

在阅读本文之前，希望您具备最基本的代码编写能力

概述

在 1994 年，由 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides 四人合著出版了一本名为 Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software（中文译名：设计模式 - 可复用的面向对象软件元素） 的书，该书首次提到了软件开发中设计模式的概念。

四位作者合称 GOF（四人帮，全拼 Gang of Four）。他们所提出的设计模式主要是基于以下的面向对象设计原则。

• 对接口编程而不是对实现编程。
• 优先使用对象组合而不是继承。

至于设计模式的用途以及学习的好处这里就不多做介绍了。

设计模式分类

根据目的

根据模式是用来完成什么工作来划分

• 创建型模式（5种）

  • 用于描述“怎样创建对象”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。

    – 单例模式、工厂模式、抽象工厂模式、建造者模式、原型模式。

• 结构型模式（7种）

  • 用于描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构。

    – 适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。

• 行为型模式（11种）

  • 用于描述类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象都无法单独完成的任务，以及怎样分配职责。

    – 模版方法模式、命令模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模 式、解释器模式、状态模式、策略模式、职责链模式、访问者模式。

根据作用范围

根据模式是主要用于类上还是主要用于对象上来分

• 类模式（4种）

  • 用于处理类与子类之间的关系，这些关系通过继承来建立，是静态的，在编译时刻便确定下来了。

    – 工厂、适配器、模板方法、解释器

• 对象模式（19种）

  • 用于处理对象之间的关系，这些关系可以通过组合或聚合来实现，在运行时刻是可以变化的，更具动态性。

    – 除了上面4种类模式，其他的都是对象模式

功能简介

1. 单例（Singleton）模式：某个类只能生成一个实例，该类提供了一个全局访问点供外部获取该实例，其拓展是有限多例模式。
2. 原型（Prototype）模式：将一个对象作为原型，通过对其进行复制而克隆出多个和原型类似的新实例。
3. 工厂方法（Factory Method）模式：定义一个用于创建产品的接口，由子类决定生产什么产品。
4. 抽象工厂（AbstractFactory）模式：提供一个创建产品族的接口，其每个子类可以生产一系列相关的产品。
5. 建造者（Builder）模式：将一个复杂对象分解成多个相对简单的部分，然后根据不同需要分别创建它们，最后构建成该复杂对象。
6. 代理（Proxy）模式：为某对象提供一种代理以控制对该对象的访问。即客户端通过代理间接地访问该对象，从而限制、增强或修改该对象的一些特性。
7. 适配器（Adapter）模式：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类能一起工作。
8. 桥接（Bridge）模式：将抽象与实现分离，使它们可以独立变化。它是用组合关系代替继承关系来实现，从而降低了抽象和实现这两个可变维度的耦合度。
9. 装饰（Decorator）模式：动态的给对象增加一些职责，即增加其额外的功能。
10. 外观（Facade）模式：为多个复杂的子系统提供一个一致的接口，使这些子系统更加容易被访问。
11. 享元（Flyweight）模式：运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。
12. 组合（Composite）模式：将对象组合成树状层次结构，使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性。
13. 模板方法（TemplateMethod）模式：定义一个操作中的算法骨架，而将算法的一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变该算法结构的情况下重定义该算法的某些特定步骤。
14. 策略（Strategy）模式：定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以相互替换，且算法的改变不会影响使用算法的客户。
15. 命令（Command）模式：将一个请求封装为一个对象，使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。
16. 职责链（Chain of Responsibility）模式：把请求从链中的一个对象传到下一个对象，直到请求被响应为止。通过这种方式去除对象之间的耦合。
17. 状态（State）模式：允许一个对象在其内部状态发生改变时改变其行为能力。
18. 观察者（Observer）模式：多个对象间存在一对多关系，当一个对象发生改变时，把这种改变通知给其他多个对象，从而影响其他对象的行为。
19. 中介者（Mediator）模式：定义一个中介对象来简化原有对象之间的交互关系，降低系统中对象间的耦合度，使原有对象之间不必相互了解。
20. 迭代器（Iterator）模式：提供一种方法来顺序访问聚合对象中的一系列数据，而不暴露聚合对象的内部表示。
21. 访问者（Visitor）模式：在不改变集合元素的前提下，为一个集合中的每个元素提供多种访问方式，即每个元素有多个访问者对象访问。
22. 备忘录（Memento）模式：在不破坏封装性的前提下，获取并保存一个对象的内部状态，以便以后恢复它。
23. 解释器（Interpreter）模式：提供如何定义语言的文法，以及对语言句子的解释方法，即解释器。

六大原则

大堆理论不再叙述，这里直接敲重点

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开闭原则（Open Close Principle）

• 含义：当应用的需求改变时，在不修改软件实体的源代码或者二进制代码的前提下，可以扩展模块的功能，使其满足新的需求。

• 简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类，后面的具体设计中我们会提到这点。

精髓：对扩展开放，对修改关闭

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里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）

• 里氏替换原则主要阐述了有关继承的一些原则，也就是什么时候应该使用继承，什么时候不应该使用继承，以及其中蕴含的原理。
• 里氏替换原是继承复用的基础，它反映了基类与子类之间的关系，是对开闭原则的补充，是对实现抽象化的具体步骤的规范。
• 里氏替换原则通俗来讲就是：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。
  • 也就是说：子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法。

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依赖倒转（倒置）原则（Dependence Inversion Principle）

• 原始定义
  • High level modules shouldnot depend upon low level modules.Both should depend upon abstractions.Abstractions should not depend upon details. Details should depend upon abstractions。
  • 翻译：高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖其抽象；抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象
• 核心思想：要面向接口编程，不要面向实现编程。
• 依赖倒置原则是实现开闭原则的重要途径之一，它降低了客户与实现模块之间的耦合。
• 依赖倒置原则的目的是通过要面向接口的编程来降低类间的耦合性，要遵循以下4点
  • 每个类尽量提供接口或抽象类，或者两者都具备。
  • 变量的声明类型尽量是接口或者是抽象类。
  • 任何类都不应该从具体类派生。
  • 使用继承时尽量遵循里氏替换原则。

这个原则是开闭原则的基础，具体内容：针对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。

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接口隔离原则（Interface Segregation Principle）

• 含义

  • 使用多个隔离的接口，比使用单个接口要好。
  • 它还有另外一个意思是：降低类之间的耦合度。

  由此可见，其实设计模式就是从大型软件架构出发、便于升级和维护的软件设计思想，它强调降低依赖，降低耦合。

• 在具体应用接口隔离原则时，应该根据以下几个规则来衡量。

  • 接口尽量小，但是要有限度。一个接口只服务于一个子模块或业务逻辑。
  • 为依赖接口的类定制服务。只提供调用者需要的方法，屏蔽不需要的方法。
  • 了解环境，拒绝盲从。每个项目或产品都有选定的环境因素，环境不同，接口拆分的标准就不同深入了解业务逻辑。
  • 提高内聚，减少对外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。

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迪米特法则（又称最少知道原则）（Demeter Principle）

• 最少知道原则是指：一个实体应当尽量少地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。

• 迪米特法则的定义是：只与你的直接朋友交谈，不跟“陌生人”说话（Talk only to your immediate friends and not to strangers）。其含义是：如果两个软件实体无须直接通信，那么就不应当发生直接的相互调用，可以通过第三方转发该调用。其目的是降低类之间的耦合度，提高模块的相对独立性。

  • 迪米特法则中的“朋友”是指：当前对象本身、当前对象的成员对象、当前对象所创建的对象、当前对象的方法参数等，这些对象同当前对象存在关联、聚合或组合关系，可以直接访问这些对象的方法。

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合成复用原则（Composite Reuse Principle）

• 合成复用原则（Composite Reuse Principle，CRP）又叫组合/聚合复用原则（Composition/Aggregate Reuse Principle，CARP）。它要求在软件复用时，要尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现，其次才考虑使用继承关系来实现。

• 如果要使用继承关系，则必须严格遵循里氏替换原则。合成复用原则同里氏替换原则相辅相成的，两者都是开闭原则的具体实现规范。

23种设计模式详解

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