设计模式精解 模式 解析

### 设计模式精解 #### 0. 引言 设计模式是软件工程领域中的一套被广泛接受的解决方案集合，旨在解决常见的软件设计问题。本文档深入探讨了由Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson和John Vlissides（通常被称为GoF四人组）所提出的23种经典设计模式，并提供了C++语言的具体实现。 #### 1. 创建型模式 创建型模式关注的是如何创建对象，以确保系统能够灵活地控制实例化过程。 - **1.1 Factory模式**：工厂方法模式提供了一个创建对象的接口，但允许子类决定实例化哪一个类。这种模式将对象的实例化推迟到子类中进行。通过这种方式，工厂方法可以让一个类的实例化延迟到运行时决定。 - **1.2 Abstract Factory模式**：抽象工厂模式提供了一个接口用于创建一系列相关或相互依赖的对象，而无需指定它们具体的类。它比简单工厂更进一步，可以创建多个产品族。抽象工厂模式使得系统可以在不修改代码的情况下增加新的产品线。 - **1.3 Singleton模式**：单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。该模式常用于控制资源访问，例如数据库连接池等场景。 - **1.4 Builder模式**：建造者模式用于创建复杂对象。该模式使用一个构建器来逐步构造最终的对象。构建器独立于其他对象。这种模式非常适合于创建需要复杂配置的对象。 - **1.5 Prototype模式**：原型模式使用已有的实例作为原型通过复制来创建新实例，而不是通过实例化对象来创建新对象。该模式避免了实例化过程中的开销，特别是在实例化过程比较耗时的情况下。 #### 2. 结构型模式 结构型模式关注的是如何组合类或对象以形成更大的结构。 - **2.1 Bridge模式**：桥接模式将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立变化。这种模式适用于需要独立管理对象的不同方面的情况。 - **2.2 Adapter模式**：适配器模式将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。这种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。 - **2.3 Decorator模式**：装饰器模式允许向一个现有的对象添加新的功能，同时又不改变其结构。这种类型的设计模式属于对象结构型模式，它是作为现有的类的一个包装。 - **2.4 Composite模式**：组合模式允许你将对象组合成树形结构来表示“部分-整体”的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。 - **2.5 Flyweight模式**：享元模式用于减少创建大量相似对象所需的内存。它可以极大地提高性能和内在空间效率。 - **2.6 Facade模式**：外观模式为子系统中的一组接口提供一个一致的界面。这种模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。 - **2.7 Proxy模式**：代理模式为另一个对象提供一个代理或占位符以控制对这个对象的访问。代理对象可以在客户端和目标对象之间起到中介的作用，并且可以通过代理对象去除、添加或扩展功能。 #### 3. 行为模式 行为模式关注的是类和对象之间的责任分配。 - **3.1 Template Method模式**：模板方法模式定义了一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中。使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。 - **3.2 Strategy模式**：策略模式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。该模式让算法的变化独立于使用算法的客户。 - **3.3 State模式**：状态模式允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。 - **3.4 Observer模式**：观察者模式定义了对象之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会得到通知并自动更新。 - **3.5 Memento模式**：备忘录模式在不破坏封装性的前提下捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可以将该对象恢复到原先保存的状态。 - **3.6 Mediator模式**：中介者模式用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者模式使得各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。 - **3.7 Command模式**：命令模式将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。 - **3.8 Visitor模式**：访问者模式表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你可以在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。 - **3.9 Chain of Responsibility模式**：职责链模式让你能传递请求，直到有一个对象处理它。接收请求后，此对象捕获请求或者将请求传给下一个对象。 - **3.10 Iterator模式**：迭代器模式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。 - **3.11 Interpreter模式**：解释器模式给出一个语言的文法，并且建立一个解释器来解释该语言中的句子。这里的“语言”是指使用规定格式和语法的代码。 #### 4. 总结 设计模式是软件设计中非常重要的一部分，它可以帮助开发者更好地理解和解决实际问题。通过对这些设计模式的学习和实践，不仅可以提升编程技巧，还能更好地应对软件开发中的挑战。以上介绍了GoF四人组提出的23种经典设计模式的基本概念及其应用场景，每一种模式都有其独特的用途和适用范围。理解和掌握这些设计模式，将有助于开发者编写出更加优雅、可维护的代码。