设计模式简介

设计模式的目的

软件设计最重要的目标是：一、性能要达到客户的要求;二、功能要达到客户的要求;三、可维护性好。引入设计模式的目的是要达到第三个目标，即可维护性强，让你程序的可维护性、可扩展性更好。

设计模式的概念

   设计模式（Design pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。

设计模式的原则

  单一职责原则

   就是一个设计或实体应该只做一件事/只描述一个事物, 比如一个类Cat, 那么读代码的人应该觉得这个类始终都在说猫,而不是扯到狗身上去了。

  开－闭原则

客户的需求是不稳定的，通过扩展已有的软件系统而不是通过修改软件系统来满足客户的需求，这样的软件系统就满足开－闭原则，即软件系统要有一定的灵活性和适应性。已有的模块，特别是抽象层的模块不能修改，保证软件系统的稳定性和延续性。解决问题的关键是抽象化，把它与具体实现分离开来。接口（interface），抽象类的应用对可变性封装：将可变性封装到一个对象里。

  里氏代换原则

    子类必须能够替换掉他们的父类型. 这个原则考验的是继承结构的合理性, 如果子类不能完全取代父类的位置, 则继承结构就不合理。

  依赖倒转原则

抽象不应该依赖细节，细节应当依赖抽象。要针对接口编程，而不是针对实现编程。传递参数，或者在组合聚合关系中，尽量引用层次高的类。

  接口隔离原则

使用多个专门的接口比使用单一的总接口要好，系统对外提供宽窄不同的接口来以应对不同的用户。

  抽象类

抽象类没有实例，一般作为父类为子类继承，包含这个系的共同属性和方法。

模式的基本要素

设计模式使人们可以更加简单方便地复用成功的设计和体系结构。将已证实的技术表述成设计模式也会使新系统开发者更加容易理解其设计思路。

  模式名称

一个助记名，它用一两个词来描述模式的问题、解决方案和效果。设计模式允许我们在较高的抽象层次上进行设计。模式名可以帮助我们思考，便于我们与其他人交流设计思想及设计结果。

  问题

描述了应该在何时使用模式。它解释了设计问题和问题存在的前因后果，它可能描述了特定的设计问题，如怎样用对象表示算法等，也可能描述了导致不灵活设计的类或对象结构。有时候，问题部分会包括使用模式必须满足的一系列先决条件。

  解决方案

描述了设计的组成成分，它们之间的相互关系及各自的职责和协作方式。因为模式就像一个模板，可应用于多种不同场合，所以解决方案并不描述一个特定而具体的设计或实现，而是提供设计问题的抽象描述和怎样用一个具有一般意义的元素组合（类或对象组合）来解决这个问题。

  效果

描述了模式应用的效果及使用模式应权衡的问题。尽管我们描述设计决策时，并不总提到模式效果，但它们对于评价设计选择和理解使用模式的代价及好处具有重要 意义。软件效果大多关注对时间和空间的衡量，它们也表述了语言和实现问题。因为复用是面向对象设计的要素之一，所以模式效果包括它对系统的灵活性、扩充性 或可移植性的影响，显式地列出这些效果对理解和评价这些模式很有帮助。

 设计模式的种类

1.         Abstract Factory：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。适用于：一个系统要独立于它的产品的创建、组合和表示时；一个系统要由多个产品系列中的一个来配置时；当你要强调一系列相关的产品对象的设计以便进行联合使用时；当你提供一个产品类库，而只想显示它们的接口而不是实现时。

2.         Adapter：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。Adapter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。适用于：你想使用一个已经存在的类，而它的接口不符合你的需求；你想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。

3.         Bridge：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。适用于：你不希望在抽象和它的实现部分之间有一个固定的绑定关系，类的抽象以及它的实现都应该可以通过生成子类的方法加以扩充。这时Bridge模式使你可以对不同的抽象接口和实现部分进行组合，并分别对它们进行扩充，对一个抽象的实现部分的修改应对客户不产生影响，即客户的代码不必重新编译.

4.         Builder：将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。适用于：当创建复杂对象的算法应该独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式时；当构造过程必须允许被构造的对象有不同的表示时。

5.         Chain of Responsibility：为解除请求的发送者和接收者之间耦合，而使多个对象都有机会处理这个请求。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它。适用于：有多个的对象可以处理一个请求，哪个对象处理该请求运行时刻自动确定；你想在不明确指定接收者的情况下，向多个对象中的一个提交一个请求，可处理一个请求的对象集合应被动态指定。

6.         Command：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，以及支持可取消的操作。适用于：你可用过程语言中的回调（callback）函数表达这种参数化机制，支持取消操作，用构建在原语操作上的高层操作构造一个系统。

7.         Composite：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。它使得客户对单个对象和复合对象的使用具有一致性。适用于：你想表示对象的部分-整体层次结构；你希望用户忽略组合对象与单个对象的不同，用户将统一地使用组合结构中的所有对象。  

8.         Decorator：动态地给一个对象添加一些额外的职责。就扩展功能而言，它比生成子类方式更为灵活。适用于：在不影响其他对象的情况下，以动态、透明的方式给单个对象添加职责，处理那些可以撤消的职责。

9.         Facade：为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，Facade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。适用于：当你要为一个复杂子系统提供一个简单接口时。大多数模式使用时都会产生更多更小的类。这使得子系统更具可重用性，也更容易对子系统进行定制，但这也给那些不需要定制子系统的用户带来一些使用上的困难。Facade可以提供一个简单的缺省视图，这一视图对大多数用户来说已经足够，而那些需要更多的可定制性的用户可以越过Facade层，客户程序与抽象类的实现部分之间存在着很大的依赖性，引入Facade 将这个子系统与客户以及其他的子系统分离，可以提高子系统的独立性和可移植性;当你需要构建一个层次结构的子系统时，使用Facade模式定义子系统中每层的入口点,如果子系统之间是相互依赖的，你可以让它们仅通过Facade进行通讯，从而简化了它们之间的依赖关系。

10.     Factory Method：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。Factory Method使一个类的实例化延迟到其子类。

11.     Flyweight：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。适用于：一个应用程序使用了大量的对象，完全由于使用大量的对象，造成很大的存储开销；对象的大多数状态都可变为外部状态，如果删除对象的外部状态，那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象。

12.     Interpreter：给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，该解释器使用该表示来解释语言中的句子。适用于：当有一个语言需要解释执行，并且你可将该语言中的句子表示为一个抽象语法树时，可使用解释器模式。

13.     Iterator：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。适用于：访问一个聚合对象的内容而无需暴露它的内部表示；支持对聚合对象的多种遍历；为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口（即：多态迭代）。

14.     Mediator：用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使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。适用于：一组对象以定义良好但是复杂的方式进行通信；产生的相互依赖关系结构混乱且难以理解；一个对象引用其他很多对象并且直接与这些对象通信，导致难以复用该对象。想定制一个分布在多个类中的行为，而又不想生成太多的子类。

15.     Memento：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。这样以后就可将该对象恢复到保存的状态。适用于：必须保存一个对象在某一个时刻的(部分)状态，这样以后需要时它才能恢复到先前的状态，如果一个用接口来让其它对象直接得到这些状态，将会暴露对象的实现细节并破坏对象的封装性。

16.     Observer：定义对象间的一种一对多的依赖关系，以便当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并自动刷新。适用于：当一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一方面。将这二者封装在独立的对象中以使它们可以各自独立地改变和复用；当对一个对象的改变需要同时改变其它对象， 而不知道具体有多少对象有待改变；当一个对象必须通知其它对象，而它又不能假定其它对象是谁时。

17.     Prototype：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这个原型来创建新的对象。适用于：当要实例化的类是在运行时刻指定时，例如，通过动态装载；或者为了避免创建一个与产品类层次平行的工厂类层次时；或者当一个类的实例只能有几个不同状态组合中的一种时。建立相应数目的原型并克隆它们可能比每次用合适的状态手工实例化该类更方便一些。  

18.     Proxy：为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。适用于：在需要用比较通用和复杂的对象指针代替简单的指针的时候，使用Proxy模式。

19.     Singleton：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。适用于：当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。

20.     State：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所属的类。适用于：一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为。一个操作中含有庞大的多分支的条件语句，且这些分支依赖于该对象的状态。这个状态通常用一个或多个枚举常量表示。通常, 有多个操作包含这一相同的条件结构。State模式将每一个条件分支放入一个独立的类中。这使得你可以根据对象自身的情况将对象的状态作为一个对象，这一对象可以不依赖于其他对象而独立变化。

21.     Strategy：定义一系列的算法，把它们一个个封装起来， 并且使它们可相互替换。本模式使得算法的变化可独立于使用它的客户。适用于：许多相关的类仅仅是行为有异，Strategy提供了一种用多个行为中的一个行为来配置一个类的方法。

22.     Template Method：定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。Template Method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。适用于：一次性实现一个算法的不变的部分，并将可变的行为留给子类来实现。

23.     Visitor：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。适用于：各对象结构包含很多类对象，它们有不同的接口，而你想对这些对象实施一些依赖于其具体类的操作时。