C# 中常见的设计模式附带代码案例

设计模式是一套被广泛应用于软件设计的最佳实践,它们可以帮助开发者解决特定的问题,提高代码的可重用性、可读性和可维护性。本文将介绍 C#
中常见的几种设计模式,并提供相应的示例代码。

  • 工厂模式

工厂模式是一种创建型设计模式,它提供了一种将对象的创建过程与使用过程分离的方式。它通过定义一个工厂类,使得客户端代码可以从工厂类中获取所需的对象,而无需知道对象的具体创建过程。

以下是工厂模式的一个示例:

public interface IProduct
{
    void DoSomething();
}

public class ProductA : IProduct
{
    public void DoSomething()
    {
        Console.WriteLine("ProductA does something.");
    }
}

public class ProductB : IProduct
{
    public void DoSomething()
    {
        Console.WriteLine("ProductB does something.");
    }
}

public class ProductFactory
{
    public IProduct CreateProduct(string type)
    {
        switch (type)
        {
            case "A":
                return new ProductA();
            case "B":
                return new ProductB();
            default:
                throw new ArgumentException("Invalid product type");
        }
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        ProductFactory factory = new ProductFactory();
        IProduct productA = factory.CreateProduct("A");
        IProduct productB = factory.CreateProduct("B");

        productA.DoSomething();
        productB.DoSomething();

        Console.ReadKey();
    }
}

在上面的示例中,我们定义了 IProduct 接口和两个实现类 ProductA 和 ProductB。然后,我们定义了一个工厂类 ProductFactory,它可以根据客户端代码传入的参数创建不同的产品对象。

在客户端代码中,我们实例化了 ProductFactory 并通过它创建了两个不同的产品对象。这种方式可以使得客户端代码不需要知道对象的具体创建过程,从而提高了代码的可重用性和可维护性。

  • 单例模式

单例模式是一种创建型设计模式,它保证一个类只有一个实例,并提供了全局访问该实例的方式。

以下是单例模式的一个示例:

public class Singleton
{
    private static Singleton instance;

    private Singleton() { }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            if (instance == null)
            {
                instance = new Singleton();
            }
            return instance;
        }
    }

    public void DoSomething()
    {
        Console.WriteLine("Singleton does something.");
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Singleton singleton = Singleton.Instance;
        singleton.DoSomething();

        Console.ReadKey();
    }
}

在上面的示例中,我们定义了一个 Singleton 类,并通过将构造函数私有化来防止外部直接实例化它。然后,我们定义了一个静态字段 instance,用来保存 Singleton 类的唯一实例。我们还定义了一个静态属性 Instance,通过它来获取 Singleton 类的唯一实例。

在客户端代码中,我们通过 Singleton.Instance 获取 Singleton 类的唯一实例,并调用它的 DoSomething 方法。由于 Singleton 类只有一个实例,因此多次调用 Singleton.Instance 得到的都是同一个实例。

  • 观察者模式

观察者模式是一种行为型设计模式,它定义了一种一对多的依赖关系,使得多个观察者对象可以同时监听某个主题对象的状态变化。

以下是观察者模式的一个示例:

public interface IObserver
{
    void Update(string message);
}

public interface ISubject
{
    void RegisterObserver(IObserver observer);
    void RemoveObserver(IObserver observer);
    void NotifyObservers(string message);
}

public class Subject : ISubject
{
    private List<IObserver> observers = new List<IObserver>();

    public void RegisterObserver(IObserver observer)
    {
        observers.Add(observer);
    }

    public void RemoveObserver(IObserver observer)
    {
        observers.Remove(observer);
    }

    public void NotifyObservers(string message)
    {
        foreach (IObserver observer in observers)
        {
            observer.Update(message);
        }
    }
}

public class Observer : IObserver
{
    public void Update(string message)
    {
        Console.WriteLine($"Observer received message: {message}");
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Subject subject = new Subject();
        Observer observer1 = new Observer();
        Observer observer2 = new Observer();

        subject.RegisterObserver(observer1);
        subject.RegisterObserver(observer2);

        subject.NotifyObservers("Hello, observers!");

        subject.RemoveObserver(observer2);

        subject.NotifyObservers("Hello again, observers!");

        Console.ReadKey();
    }
}

在上面的示例中,我们定义了 IObserver 和 ISubject 接口,分别表示观察者和主题对象。然后,我们实现了 Subject 类,它实现了 ISubject 接口,并提供了注册观察者、移除观察者和通知观察者的方法。我们还实现了 Observer 类,它实现了 IObserver 接口,并在 Update 方法中打印出接收到的消息。
在客户端代码中,我们创建了一个 Subject 对象和两个 Observer 对象,并通过 RegisterObserver 方法将这两个观察者对象注册到 Subject 对象上。然后,我们调用 NotifyObservers 方法,将消息发送给所有注册的观察者对象。最后,我们通过 RemoveObserver 方法移除了一个观察者对象,并再次调用 NotifyObservers 方法发送消息给剩下的观察者对象。

  • 策略模式

策略模式是一种行为型设计模式,它定义了一系列算法,将每个算法都封装起来,并且使它们之间可以互换。

以下是策略模式的一个示例:

public interface IStrategy
{
    void Execute();
}

public class StrategyA : IStrategy
{
    public void Execute()
    {
        Console.WriteLine("Strategy A is executed.");
    }
}

public class StrategyB : IStrategy
{
    public void Execute()
    {
        Console.WriteLine("Strategy B is executed.");
    }
}

public class Context
{
    private IStrategy strategy;

    public Context(IStrategy strategy)
    {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void SetStrategy(IStrategy strategy)
    {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void ExecuteStrategy()
    {
        strategy.Execute();
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        IStrategy strategyA = new StrategyA();
        IStrategy strategyB = new StrategyB();

        Context context = new Context(strategyA);
        context.ExecuteStrategy();

        context.SetStrategy(strategyB);
        context.ExecuteStrategy();

        Console.ReadKey();
    }
}

在上面的示例中,我们定义了 IStrategy 接口,表示一个算法的接口。然后,我们实现了两个具体的策略类 StrategyA 和 StrategyB,它们分别实现了 IStrategy 接口。最后,我们定义了 Context 类,它包含一个 IStrategy 类型的字段和一个 ExecuteStrategy 方法,通过它来执行当前策略对象的算法。Context 类还提供了一个 SetStrategy 方法,用于在运行时切换策略对象。

在客户端代码中,我们创建了一个 Context 对象,并将 StrategyA 对象作为它的构造参数。然后,我们调用 ExecuteStrategy 方法,执行 StrategyA 的算法。接着,我们调用 SetStrategy 方法,将策略对象切换为 StrategyB,再次调用 ExecuteStrategy 方法,执行 StrategyB 的算法。

以上是 C# 中几种常见的设计模式以及相应的示例代码。

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