### 设计模式快速参考卡片
#### 一、概述
设计模式是软件工程中解决常见问题的一种通用解决方案。这些模式提供了一种标准化的方式来处理常见的编程挑战，帮助开发人员编写出更易于理解、维护和扩展的代码。本文将根据提供的“设计模式快速参考卡”中的内容，对其中提及的设计模式进行详细介绍。
#### 二、设计模式列表概览
在提供的文档中，列出了大量的设计模式，并对其进行了分类。以下是对这些设计模式的基本介绍：
##### 1. **结构型设计模式**
- **代理(Proxy)**
- **定义**: 为另一个对象提供一个代理或占位符，以便控制对该对象的访问。
- **应用场景**: 当直接引用对象不方便时，或者为了实现额外的功能如日志记录、性能优化等。
- **工厂方法(Factory Method)**
- **定义**: 定义一个创建产品对象的接口，但让子类决定实例化哪一个类。
- **应用场景**: 当一个类不知道它所必须创建的对象的确切类的时候，或者是当想要通过子类来指定所创建的对象种类的时候。
- **抽象工厂(Abstract Factory)**
- **定义**: 提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。
- **应用场景**: 当系统应该独立于它的产品创建、组合和表示时。
- **建造者(Builder)**
- **定义**: 将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
- **应用场景**: 当创建复杂对象的过程应该独立于其组成部分及装配方式时。
- **原型(Prototype)**
- **定义**: 用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。
- **应用场景**: 当要实例化的类是在运行时刻指定时，例如，通过动态加载；为了避免构建一个与产品类层次平行的工厂类层次时。
- **单例(Singleton)**
- **定义**: 确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
- **应用场景**: 当希望在整个系统中，某个类只能出现一个实例时。
##### 2. **行为型设计模式**
- **命令(Command)**
- **定义**: 将一个请求封装为一个对象，从而使用户可用不同的请求来参数化对象。
- **应用场景**: 当需要在不同的时间指定、排列和执行请求时。
- **观察者(Observer)**
- **定义**: 定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。
- **应用场景**: 当一个对象必须通知其他多个对象，而并不知道这些对象是谁时。
- **策略(Strategy)**
- **定义**: 定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可相互替换。
- **应用场景**: 当一个系统应当可以支持可选的算法时。
- **模板方法(Template Method)**
- **定义**: 定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中。
- **应用场景**: 当某些子类共有的方法逻辑中存在差异性时。
- **访问者(Visitor)**
- **定义**: 表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。
- **应用场景**: 当对象结构包含很多类的实例，尤其是当这些类层次结构定义在不同位置时。
- **中介者(Mediator)**
- **定义**: 用一个中介对象来封装一系列的对象交互。
- **应用场景**: 当一组对象以定义良好但是复杂的方式进行通信时，产生的相互依赖关系结构混乱且难以理解时。
- **责任链(Chain of Responsibility)**
- **定义**: 使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。
- **应用场景**: 处理者不明确的情况下。
##### 3. **创建型设计模式**
- **对象池(Object Pool)**
- **定义**: 一种用于管理有限数量对象的技术，这些对象可以被重用而不是每次使用后都被销毁。
- **应用场景**: 当对象创建代价很大且对象会被重复使用时。
- **单线程执行(Single Threaded Execution)**
- **定义**: 确保在单一的线程中执行特定的操作。
- **应用场景**: 当需要确保特定操作不会被并发执行时。
- **缓存管理(Cache Management)**
- **定义**: 一种用于存储数据以提高访问速度的技术。
- **应用场景**: 当频繁访问的数据需要快速响应时。
##### 4. **其它设计模式**
- **适配器(Adapter)**
- **定义**: 允许两个不兼容的接口协同工作。
- **应用场景**: 当希望复用现有类而其接口不符合需求时。
- **迭代器(Iterator)**
- **定义**: 提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素，而又不暴露该对象的内部表示。
- **应用场景**: 需要在遍历过程中增加、修改、删除元素时。
- **桥接(Bridge)**
- **定义**: 将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立变化。
- **应用场景**: 当一个类的某些方面与另一个类紧密相关时。
- **装饰器(Decorator)**
- **定义**: 动态地给一个对象添加一些额外的职责。
- **应用场景**: 当需要给单个对象添加功能，而通过继承的方式过于繁琐时。
- **外观(Façade)**
- **定义**: 为子系统中的一组接口提供一个一致的界面。
- **应用场景**: 当一个系统非常复杂，而用户只需要关注其中一部分功能时。
- **轻量级对象(Lightweight Object)**
- **定义**: 通过共享技术有效地支持大量细粒度的对象。
- **应用场景**: 当内存资源非常宝贵时。
- **虚代理(Virtual Proxy)**
- **定义**: 一种代理模式的变体，用于代表一些昂贵的对象。
- **应用场景**: 当对象的创建成本很高时。
- **过滤器(Filter)**
- **定义**: 提供一种方式来过滤一组对象。
- **应用场景**: 当需要根据条件筛选对象集合时。
- **复合(Composite)**
- **定义**: 将对象组合成树形结构以表示部分整体的层次结构。
- **应用场景**: 当需要处理具有层级结构的对象集合时。
- **标记(Marker)**
- **定义**: 用于标识某种类型的类。
- **应用场景**: 当需要区分不同类型的对象时。
- **空对象(Null Object)**
- **定义**: 一种设计模式，它提供了一种方法来避免检查空引用。
- **应用场景**: 当需要消除检查null引用的需要时。
- **状态(State)**
- **定义**: 允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。
- **应用场景**: 当一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时根据状态改变它的行为时。
- **快照(Snapshot)**
- **定义**: 记录对象在某一时刻的状态，以便将来可以恢复到该状态。
- **应用场景**: 当需要能够回滚到先前状态时。
- **策略(Strategy)**
- **定义**: 定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可相互替换。
- **应用场景**: 当一个系统应当可以支持可选的算法时。
- **模板方法(Template Method)**
- **定义**: 定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中。
- **应用场景**: 当某些子类共有的方法逻辑中存在差异性时。
- **访问者(Visitor)**
- **定义**: 表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。
- **应用场景**: 当对象结构包含很多类的实例，尤其是当这些类层次结构定义在不同位置时。
- **中介者(Mediator)**
- **定义**: 用一个中介对象来封装一系列的对象交互。
- **应用场景**: 当一组对象以定义良好但是复杂的方式进行通信时，产生的相互依赖关系结构混乱且难以理解时。
#### 三、设计模式的应用
设计模式在软件开发中的应用非常广泛，它们帮助开发者解决常见的问题，并提供了标准化的解决方案。例如，使用**单例模式**可以确保整个应用程序中某个类只有一个实例，这对于管理全局状态非常有用；而**工厂模式**则可以帮助我们创建复杂对象而不暴露创建逻辑，从而简化客户端代码。
设计模式的应用不仅限于特定的编程语言，它们可以跨平台使用，适用于多种语言和技术栈。通过学习和理解这些模式，开发者能够写出更加健壮、可维护的代码，并能更好地与其他开发者协作。
#### 四、结论
设计模式是软件工程的重要组成部分，掌握这些模式对于任何软件开发者来说都是必不可少的。通过对各种设计模式的学习和实践，我们可以更高效地解决问题，提高代码的质量和可维护性。以上列出的设计模式涵盖了从创建对象到管理对象行为等多个方面，是每个软件工程师都应该了解的基础知识。
