Swift设计模式实践：行为型模式详解

Swift设计模式实践：行为型模式详解

Design-Patterns-In-Swift 📖 Design Patterns implemented in Swift 5.0 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/de/Design-Patterns-In-Swift

前言

设计模式是软件开发中解决常见问题的可重用方案，行为型模式特别关注对象之间的通信和职责分配。本文将深入探讨Swift中实现的各种行为型设计模式，通过实际代码示例展示它们的应用场景和实现方式。

责任链模式（Chain Of Responsibility）

模式概念

责任链模式允许你将请求沿着处理链传递，直到有一个对象能够处理它为止。这种模式解耦了请求发送者和接收者，让多个对象都有机会处理请求。

Swift实现分析

示例中模拟了ATM取款机的钞票分配机制：

1. 定义了Withdrawing协议作为处理链的基础
2. 创建了MoneyPile类表示不同面值的钞票堆
3. ATM类作为责任链的入口点

// 创建责任链：10<20<50<100
let ten = MoneyPile(value: 10, quantity: 6, next: nil)
let twenty = MoneyPile(value: 20, quantity: 2, next: ten)
// ...

实际应用场景

• 事件处理系统
• 审批流程
• 异常处理链

命令模式（Command）

模式概念

将请求封装为对象，使你可以参数化客户端请求，队列或日志请求，并支持可撤销操作。

Swift实现特点

示例中模拟了门禁控制系统：

1. 定义了DoorCommand协议
2. 实现了具体命令OpenCommand和CloseCommand
3. HAL9000DoorsOperations作为调用者

let doorModule = HAL9000DoorsOperations(doors:"Pod Bay Doors")
doorModule.open()  // 执行开门命令

优势

• 将调用操作的对象与知道如何执行操作的对象解耦
• 支持命令队列和日志
• 容易实现撤销/重做功能

解释器模式（Interpreter）

模式概念

给定一种语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器来解释语言中的句子。

Swift实现解析

示例中创建了一个简单的变量和加法表达式解释器：

1. IntegerExpression协议定义了表达式接口
2. IntegerContext保存变量值
3. 实现了变量表达式和加法表达式

var expression = AddExpression(op1: a, op2: AddExpression(op1: b, op2: c))
var result = expression.evaluate(context)  // 计算结果

适用场景

• 需要解释执行的语言或规则
• SQL解析
• 正则表达式处理

迭代器模式（Iterator）

模式概念

提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露其内部表示。

Swift原生支持

Swift通过IteratorProtocol和Sequence协议原生支持迭代器模式：

for novella in greatNovellas {
    print("I've read: \(novella)")
}

实现要点

1. 定义IteratorProtocol实现
2. 让集合类型遵循Sequence协议
3. 实现makeIterator()方法

中介者模式（Mediator）

模式概念

用一个中介对象来封装一系列对象交互，减少对象间直接引用。

示例分析

消息中介者实现：

1. 定义了Receiver和Sender协议
2. MessageMediator作为中介者管理消息分发
3. Programmer作为接收者

let messagesMediator = MessageMediator()
messagesMediator.add(recipient: user0)
messagesMediator.send(message: "Hello")

优点

• 减少对象间耦合
• 集中控制交互逻辑
• 简化对象协议

备忘录模式（Memento）

模式概念

在不破坏封装性的前提下，捕获对象内部状态并在对象外部保存，以便后续恢复。

Swift实现技巧

示例中实现了游戏状态保存：

1. 使用Memento类型别名表示状态
2. MementoConvertible协议定义转换方法
3. CheckPoint作为管理者处理存储

CheckPoint.save(gameState, saveName: "gameState1")
let restored = GameState(memento: memento)

应用场景

• 游戏存档
• 事务回滚
• 撤销操作

观察者模式（Observer）

模式概念

定义对象间一对多依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖它的对象都得到通知。

Swift实现方式

示例中属性观察的实现：

1. PropertyObserver协议定义观察方法
2. TestChambers作为被观察对象
3. 使用willSet和didSet触发通知

testChambers.testChamberNumber += 1  // 触发观察者回调

对比Swift原生功能

Swift本身提供了didSet/willSet属性观察器，但观察者模式提供了更灵活的跨对象观察能力。

状态模式（State）

模式概念

允许对象在内部状态改变时改变它的行为，对象看起来好像修改了它的类。

示例解析

用户授权状态管理：

1. State协议定义状态接口
2. 实现了AuthorizedState和UnauthorizedState
3. Context维护当前状态

userContext.changeStateToAuthorized(userId: "admin")

优势

• 局部化状态相关行为
• 状态转换显式化
• 减少条件判断

策略模式（Strategy）

模式概念

定义一系列算法，封装每个算法，并使它们可以互相替换。

示例分析

仿生人测试策略：

1. RealnessTesting协议定义测试策略
2. 实现了VoightKampffTest和GeneticTest
3. BladeRunner作为上下文使用策略

let deckard = BladeRunner(test: VoightKampffTest())
let isAndroid = deckard.testIfAndroid(rachel)

适用场景

• 多种算法变体
• 需要动态切换算法
• 复杂条件语句的替代

模板方法模式

模式概念

在父类/协议中定义算法框架，允许子类重写特定步骤而不改变结构。

Swift实现特点

示例中的花园准备流程：

1. Garden协议定义算法步骤
2. 协议扩展提供默认实现
3. RoseGarden提供具体实现

roseGarden.prepare()  // 执行模板方法

优势

• 代码复用
• 反向控制结构
• 符合开闭原则

访问者模式（Visitor）

模式概念

表示一个作用于某对象结构中各元素的操作，使你可以在不改变元素类的前提下定义新操作。

示例解析

星球访问者实现：

1. PlanetVisitor协议定义访问接口
2. 各种星球实现Planet协议
3. NameVisitor实现具体访问逻辑

planet.accept(visitor: visitor)  // 接受访问

双分派机制

访问者模式利用Swift的多态特性实现了双分派：

1. 元素接受访问者
2. 访问者访问具体元素类型

总结

行为型设计模式为Swift开发者提供了强大的工具来解决对象间交互的复杂问题。通过合理应用这些模式，可以创建出更灵活、更易维护的代码结构。每种模式都有其适用场景，理解它们的核心思想和实现方式，才能在适当的时候选择最合适的解决方案。

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