初识设计模式

一、何为设计模式

 是否有过一种感觉，在遇到一个问题的时候，往往会首先联想到曾经遇到的类似的问题？这种感觉源于我们以往的经验，我们之所以成长，是因为我们懂得总结过去。

 

在各行各业上，一个牛人和新手的明显不同就是在遇到问题的时候，牛人可以用以往的经验高效快速并且高质量的完成工作。而新手可能会显得无从下手。

 

要造一座房子，不应该从头开始研究房子的概念，首先应该参考以往的房子，有门有窗、房顶、地下室、墙壁、屋子格局等等。也就是说一些问题的解决方式存在着一种模式，这些模式被总结出来，便会作为指导来方便解决类似的问题，为相关问题提供解决方案。

 

设计模式：针对面向对象系统中重复出现的设计问题，提出一个通用的设计方案，并予以系统化的命名和动机解释。

该解决方案是解决该问题一组精心安排的通用类和对象，再经过定制和实现就可以用来解决特定的上下文中的问题。

它描述了问题、解决方案、在什么条件下使用该解决方案以及其效果。此外，一些设计模式还会给出实现要点和实例。

 

设计模式有四个基本要素：

名称：用来形象的描述设计模式的问题、解决方案、效果；

问题：描述了设计模式在何时使用；

解决方案：描述了设计的组成成分，它们之间的相互关系以及各自的职责和协助方式；

效果：描述了模式应用的效果及使用模式应权衡的问题；

 

二、面向对象设计

面向对象程序由对象组成，对象包括数据和对数据进行操作的方法。

 

对于面向对象问题来说，设计上首先考虑的就是对象的封装。通过分析问题中存在的对应现实世界中的模型，可以找到所要封装的对象。但是，一些并不明显的抽象对象并不存在于现实中，而设计中它们却便于实现问题的灵活性。

 

对象的操作方法，通常以函数形式实现，而将其抽象出来函数结构的集合就是该对象的接口。接口描述了对象所能接受的全部的请求的集合，任何匹配接口中函数结构的请求都可以发送给该对象。

 

对接口的设计，通常会导入类型的概念，类型用来标示特定接口的名字。卡车接受交通工具的接口，可以说卡车是交通工具类型；而它还可以接受车的接口，这说明一个对象可以是多种类型，而且类型是可以继承的。

 

一个对象在运行时来使用具体的接口，成为特定的类型，就是动态绑定。而支持对象同一类型、不同对象替换的特性称为多态。

 

对象的实现是由它的类来决定的，类同时也定义了对象内部的状态和操作的实现。

但是对象的类型只是与它的接口有关，类定义了对象的操作，自然也定义了对象的类型。

 

对于类的继承来说，可以通过复用父类功能而扩展应用功能的基本机制。然而用于描述所有子类共有接口的类十分重要，这种类通常有抽象类来实现。抽象类将接口的实现放在继承于它的子类中，因此它不能被直接实例成对象。

当继承被恰当使用时，所有从抽象类导出的类将共享抽象类的接口。这意味着子类仅仅添加或重定义操作实现，并没有隐藏父类的操作。这时，所有子类都可以响应抽象类中接口的请求，就是说，子类对象都可以是抽象类的类型。

于是，不将变量声明为某个特定的具体类的实例对象，而是让他遵从抽象类所有定义的接口，这样就很好的实现了动态绑定。

这样针对接口编程，而不是针对实现编程，对象的使用者不需知道对象的特定类型，只需知道对象是否具有满足使用条件的接口；也无需了解对象用什么类来实现的，只要知道定义接口的抽象类就可以。

 

三、设计模式如何作用

在以上面向对象的设计中，使用设计模式通常可以很好的指导实现对象的封装。

可以使系统很好的分解成对象的集合，包括考虑很多设计上的因素：对象粒度、依赖关系、灵活性、性能、演化、复用等。

 

以复用机制来说，复用的实现方式有三种：

继承：通过继承实现对父类的复用（白箱复用）。在编译时即可使用，但是运行时无法进行对父类的实现。而且继承揭示了父类的细节，从一定意义上来说破坏了封装性；

组合：创建对象由其它对象组合而成（黑箱复用），运行时实现动态绑定，而且保持每个类被封装；

模板：也成为参数化类型，通过实例化参数的类型实现复用；

一般来说，组合的使用优先于继承。组合可以用委托的方式来很好的实现继承：

例如有窗口类Win和一个矩形类Rec，Win对象中包含一个Rec对象，Win类可以定义Area()，用来调用Rec对象的Area()返回窗口对象区域；

这里Win包含Rec，而不是继承Rec，接受请求的对象将操作委托给它的代理者。

 

设计模式可以针对面向对象的设计问题来指导如何选择复用方式。同样对于其他影响设计的因素也进行考虑。

 

四、常见设计模式中的概念

1、框架：构成一类特定软件可复用设计的一组相互协作的类。

区别于设计模式：

设计模式比框架更抽象，框架能够用代码表示，往往还能执行；

设计模式是比框架更小的体系结构元素，一个框架可能包括了多个设计模式，反之则不会；

框架比设计模式更加特例化，例如图形编辑器框架，某类型游戏服务器框架等；

 

2、聚合对象：一种包含子对象的对象。这些子对象成为聚合对象的部分，而聚合对象对它们负责。

 

3、聚合关系：聚合对象与其部分之间的关系。类为其对象定义这种关系。

 

4、耦合：软件构件之间相互依赖的程度。

 

5、相识关系：如果一个类指向另一个类，这两个类间具有相识关系。

 

6、类图：描述类及其内部结构的操作，以及类间的静态关系。

三角线：表示继承关系，A——|>B 表示A继承B；

菱形箭头：表示聚合关系，A◇——>B 表示A对象中包含一个B对象；

实线箭头：表示相识关系，A——>B 表示A中有一个指向B的引用，B对象可能是多个A对象共享的；

虚线箭头：表示创建关系，A……>B 表示A类创建了B，也有用实线表示的；

圆点：表示多于一个，A◇——>·B 表示A对象中包含多个个B对象；

 

7、对象图：描述运行时特定的对象结构。

 

8、交互图：展示对象间请求的流程。

 

 

以上内容源于对《设计模式：可复用面向对象软件的基础》一书内容的整理，因为笔者是个穷银，没钱买书，正好借人家的来看，看完又怕记不住，就整理到这里一份笔记。