Design patterns

### 设计模式概述 设计模式是在软件开发过程中解决常见问题的一种通用可重用的解决方案。它们代表了在特定情况下经过验证的最佳实践，并为常见的设计挑战提供了标准术语和已知架构。设计模式通常分为三大类：创建型、结构型和行为型。 ### 创建型设计模式 创建型设计模式关注于对象的创建机制，试图创建简单易用的接口来创建复杂对象。这些模式通过提供一种系统化的解决方案来减少系统的复杂性，使代码更易于理解与维护。 #### 工厂方法模式（Factory Method） - **定义**：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。 - **用途**：当一个类不知道它所必须创建的对象的类的时候；当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候；当类将创建对象的职责委托给多个帮助子类中的某一个，并且希望让其子类自行决定时。 #### 抽象工厂模式（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。 - **用途**：当一个系统应该独立于它的产品创建、组合和表示时；当一个系统要由多个产品系列中的一个来配置时；为了添加一个新产品系列，需要修改现有系统的源码时。 ### 结构型设计模式 结构型设计模式关注于如何组装类和对象以形成更大的结构。这些模式不仅允许增加新的功能，还能简化复杂的结构，提高灵活性。 #### 适配器模式（Adapter） - **定义**：将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。此模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。 - **用途**：当想要复用一些现存的类，但是其接口不符合需求时；当想要创建一个可以复用的类，该类可以与其他不相关的类或不可预见的类协同工作时；当无法修改已经存在的类时。 #### 装饰者模式（Decorator） - **定义**：动态地给一个对象添加一些额外的职责。就扩展功能而言，装饰者模式相比生成子类更加灵活。 - **用途**：当想要动态地给一个对象添加功能，而不是通过生成子类来实现时；当想要将对象的功能分装在不同的类中，同时保持所有对象具有一致的接口时。 ### 行为型设计模式 行为型设计模式关注于对象之间的通信以及职责分配。这类模式描述了算法和对象间职责的分配。 #### 观察者模式（Observer） - **定义**：定义了对象之间的一对多依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。 - **用途**：当一个抽象模型有两个方面，其中一个依赖于另一方面时；当对一个对象的改变需要同时改变其他对象，而不知道具体有多少个对象有待改变时；当一个对象必须通知其他对象，而它又不能假定其他对象是谁，也就是说你不希望这些对象是紧密耦合时。 #### 命令模式（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把客户端参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。 - **用途**：当程序需要在一个时刻指定请求的接收者，而在另一个时刻指定请求的执行者时；当需要执行的动作具有很大的不确定性或者经常变化时；当需要将请求调用者和请求接收者解耦，使得调用者和接收者不直接交互时。 #### 迭代器模式（Iterator） - **定义**：提供一种方法访问一个容器对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。 - **用途**：当遍历容器内元素时不想暴露容器的具体实现；当容器的遍历逻辑较为复杂时，比如需要支持多种遍历方式。 ### 其他设计模式 除了上述介绍的设计模式外，还有许多其他重要的模式： #### 单例模式（Singleton） - **定义**：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。 - **用途**：当一个类只能有一个实例而且客户可以从一个众所周知的访问点访问它时；当这个唯一实例应该是通过子类化可扩展的，并且客户应该无需更改代码就能使用一个扩展的实例时。 #### 策略模式（Strategy） - **定义**：定义了一系列的算法，并将每一个算法封装起来，使它们可以互相替换。策略模式让算法独立于使用它的客户而变化。 - **用途**：当一个系统应当支持可插拔的策略时；当需要使用一个算法的不同变体时。 #### 模板方法模式（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。模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构即可重新定义该算法的某些特定步骤。 - **用途**：当一个方法含有相同的流程，只是某些部分不同；当重构一个继承了大量重复代码的类层次结构时。 ### 设计模式的应用场景 设计模式在软件开发中的应用非常广泛，能够帮助开发者编写出高质量、高复用性的代码。通过了解这些模式背后的原理和适用场景，开发者可以在实际项目中更好地应用它们，提升软件的整体质量和可维护性。 ### 小结 设计模式是软件工程中不可或缺的一部分，它们提供了一种标准化的方法来解决软件开发中遇到的问题。通过学习和应用这些模式，开发者可以编写出更易于理解、维护和扩展的代码。以上介绍的模式仅仅是冰山一角，实际应用中还存在更多其他的设计模式。