### 设计模式概要
设计模式是在软件设计中经常被使用的解决方案模板，它们代表了针对常见问题的最佳实践。本文档提供了几种重要的设计模式概述，并通过简单的类图来展示每种模式的基本结构。以下是对这些模式及其特点的详细介绍。
#### 访问者模式 (Visitor Pattern)
类型：行为型
说明：
访问者模式允许在不改变元素类的前提下定义新的操作。此模式通过将一个操作关联到对象结构中的各个元素来实现。访问者模式可以为不同类型的元素提供特定的操作实现。
关键组成部分：
- **访问者 (Visitor)**：定义一个接口，其中包含对每个元素类型的访问方法。
- **具体访问者 (Concrete Visitor)**：实现访问者接口中定义的方法，每个方法对应一种具体的元素类型。
- **元素 (Element)**：定义一个接口，其中包含接受访问者的操作。
- **具体元素 (Concrete Element)**：实现元素接口，并且具体元素需要实现接受访问者的方法。
- **客户端 (Client)**：创建具体元素实例并将访问者传递给具体元素。
示例代码片段：
```java
public interface Visitor {
void visitElementA(ConcreteElementA ina);
void visitElementB(ConcreteElementB inb);
}
public class ConcreteVisitor implements Visitor {
public void visitElementA(ConcreteElementA ina) {
// 实现对ConcreteElementA的操作
}
public void visitElementB(ConcreteElementB inb) {
// 实现对ConcreteElementB的操作
}
}
public interface Element {
void accept(Visitor inv);
}
public class ConcreteElementA implements Element {
public void accept(Visitor inv) {
inv.visitElementA(this);
}
}
public class ConcreteElementB implements Element {
public void accept(Visitor inv) {
inv.visitElementB(this);
}
}
```
#### 模板方法模式 (Template Method Pattern)
类型：行为型
说明：
模板方法模式定义了一个算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。这样，子类可以重新定义算法的某些步骤，而无需改变整个算法的结构。
关键组成部分：
- **抽象类 (Abstract Class)**：定义算法骨架，并声明抽象操作。
- **具体类 (Concrete Class)**：实现抽象类中定义的抽象操作。
示例代码片段：
```java
public abstract class AbstractClass {
public final void templateMethod() {
subMethod();
}
protected abstract void subMethod();
}
public class ConcreteClass extends AbstractClass {
@Override
protected void subMethod() {
// 具体类中对抽象方法的实现
}
}
```
#### 策略模式 (Strategy Pattern)
类型：行为型
说明：
策略模式定义了一系列可重用的算法，并将每个算法封装在一个独立的类中。这些类可以在运行时互换，从而使算法与使用它们的客户之间解耦。
关键组成部分：
- **上下文 (Context)**：维护一个对策略对象的引用，并定义一个接口来委托给策略对象。
- **策略 (Strategy)**：定义算法的接口。
- **具体策略 (Concrete Strategy)**：实现策略接口，提供不同的算法实现。
示例代码片段：
```java
public interface Strategy {
void execute();
}
public class ConcreteStrategyA implements Strategy {
public void execute() {
// 具体策略A的实现
}
}
public class ConcreteStrategyB implements Strategy {
public void execute() {
// 具体策略B的实现
}
}
public class Context {
private Strategy strategy;
public Context(Strategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}
public void execute() {
strategy.execute();
}
}
```
#### 状态模式 (State Pattern)
类型：行为型
说明：
状态模式允许一个对象在其内部状态发生改变时更改其行为，从而对象看起来像是改变了它的类。
关键组成部分：
- **上下文 (Context)**：维护对当前状态的引用，并定义请求方法。
- **状态 (State)**：定义一个接口，其中包含所有支持的状态操作。
- **具体状态 (Concrete State)**：实现状态接口，为每个状态提供实现。
示例代码片段：
```java
public interface State {
void handle();
}
public class ConcreteState1 implements State {
public void handle() {
// 具体状态1的实现
}
}
public class ConcreteState2 implements State {
public void handle() {
// 具体状态2的实现
}
}
public class Context {
private State state;
public Context(State state) {
this.state = state;
}
public void handle() {
state.handle();
}
public void setState(State state) {
this.state = state;
}
}
```
#### 观察者模式 (Observer Pattern)
类型：行为型
说明：
观察者模式定义了对象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。
关键组成部分：
- **主题 (Subject)**：定义一个接口，其中包含添加、删除观察者以及通知观察者的方法。
- **观察者 (Observer)**：定义一个更新接口。
- **具体主题 (Concrete Subject)**：维护一个观察者列表，并在状态发生变化时通知它们。
- **具体观察者 (Concrete Observer)**：实现观察者接口，并定义更新行为。
示例代码片段：
```java
public interface Observer {
void update();
}
public class ConcreteObserver implements Observer {
public void update() {
// 具体观察者实现
}
}
public interface Subject {
void attach(Observer o);
void detach(Observer o);
void notifyObservers();
}
public class ConcreteSubject implements Subject {
private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
public void attach(Observer o) {
observers.add(o);
}
public void detach(Observer o) {
observers.remove(o);
}
public void notifyObservers() {
for (Observer observer : observers) {
observer.update();
}
}
// 其他主题的具体实现
}
```
#### 备忘录模式 (Memento Pattern)
类型：行为型
说明：
备忘录模式能够在不破坏封装性的前提下捕获和保存一个对象的内部状态，以便以后能够恢复到该状态。
关键组成部分：
- **发起人 (Originator)**：负责创建并保存备忘录对象，在需要时可以恢复备忘录对象中记录的状态。
- **备忘录 (Memento)**：存储发起人内部状态的信息。
- **管理者 (Caretaker)**：负责保存备忘录对象，但不能操作或检查备忘录对象的内容。
示例代码片段：
```java
public class Memento {
private String state;
public Memento(String state) {
this.state = state;
}
public String getState() {
return state;
}
}
public class Originator {
private String state;
public Memento createMemento() {
return new Memento(state);
}
public void setMemento(Memento memento) {
this.state = memento.getState();
}
public String getState() {
return state;
}
public void setState(String state) {
this.state = state;
}
}
public class Caretaker {
private Memento memento;
public void setMemento(Memento memento) {
this.memento = memento;
}
public Memento getMemento() {
return memento;
}
}
```
通过以上这些设计模式的介绍及示例代码，我们可以看到这些模式如何帮助解决常见的编程问题。它们不仅有助于提高代码的可读性和可维护性，还能让软件系统更加灵活和扩展性强。
