軟件設(shè)計(jì)與體系結(jié)構(gòu)秦航9

清華大學(xué)出版社1第9章 設(shè)計(jì)模式

清華大學(xué)出版社2內(nèi)容提要9.1什么是設(shè)計(jì)模式 9.2軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言 9.2.1WRIGHTADL 9.2.2圖形化體系結(jié)構(gòu)描述語言 9.3設(shè)計(jì)模式的主要作用 9.4常用設(shè)計(jì)模式解析 9.4.1創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式 9.4.2結(jié)構(gòu)型設(shè)計(jì)模式 9.4.3 行為型設(shè)計(jì)模式 9.5 深入認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)模式 9.6 小結(jié) 清華大學(xué)出版社39.1什么是設(shè)計(jì)模式正如GradyBooch所說，“軟件領(lǐng)域的設(shè)計(jì)模式，為開發(fā)人員提供了使用專家設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的有效途徑”。為研究這一問題，Alexander對建筑物、城鎮(zhèn)、街道等等實(shí)際上人類為自身所建造的各種生活空間的方方面面進(jìn)行了大量觀察。他發(fā)現(xiàn)，在特定的建筑物中，優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)都有一些共同之處。設(shè)計(jì)模式的核心思想，是總結(jié)和積累了前人成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過對這些經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，使得人們在面對新的設(shè)計(jì)問題時(shí)不同再重復(fù)所有的環(huán)節(jié)，而是盡量套用已有的模式實(shí)施，以提高編程的效率。清華大學(xué)出版社4設(shè)計(jì)模式四人組GoF（“四人幫”，又稱GangofFour，即ErichGamma,RichardHelm,RalphJohnson&JohnVlissides四人）的《設(shè)計(jì)模式》，原名《DesignPatterns:ElementsofReusableObject-OrientedSoftware》，第一次將設(shè)計(jì)模式提升到理論高度，并將之規(guī)范化。清華大學(xué)出版社59.2軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言（ArchitecturalDescriptionLanguage，ADL）的研究，源于20世紀(jì)70年代的模塊互連語言，到20世紀(jì)90年代中后期達(dá)到了一個(gè)高潮，它是用來描述軟件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)的語言。代表的體系結(jié)構(gòu)描述語言有Wright、Rapide、ACME、ABC/ADL等。這些體系結(jié)構(gòu)描述語言基于不同的形式基礎(chǔ)，有著各自獨(dú)特的適用場合。清華大學(xué)出版社69.2.1WRIGHTADLWRIGHT其形式基礎(chǔ)為CSP，適合于對軟件體系結(jié)構(gòu)的性質(zhì)進(jìn)行自動(dòng)化的驗(yàn)證。它由三個(gè)部分組成。第一個(gè)部分定義若干構(gòu)件（Component）和連接子（Connector）類型。構(gòu)件具有一組端口和一個(gè)構(gòu)件規(guī)范。第二個(gè)部分是一組構(gòu)件實(shí)例和連接子實(shí)例（Instances），指定了再次配置中實(shí)際出現(xiàn)的實(shí)體。第三個(gè)部分是一組聯(lián)接（Attachments）它們將構(gòu)件實(shí)例的端口與連接子實(shí)例的角色聯(lián)系起來，從而構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。WRIGHT支持對體系構(gòu)件的風(fēng)格進(jìn)行描述，以刻畫一類體系結(jié)構(gòu)。清華大學(xué)出版社79.2.2圖形化體系結(jié)構(gòu)描述語言圖形化體系結(jié)構(gòu)的表達(dá)工具，是由矩形框和有向線段組合而成的圖形它是對于軟件體系結(jié)構(gòu)的描述和表達(dá)，一種簡潔易懂且使用廣泛的方法。在這種方法中，矩形框代表抽象構(gòu)件，框內(nèi)標(biāo)注的文字為抽象構(gòu)件的名稱，有向線段代表輔助各構(gòu)件進(jìn)行通訊、控制或關(guān)聯(lián)的連接件。體系結(jié)構(gòu)描述清華大學(xué)出版社99.3設(shè)計(jì)模式的主要作用設(shè)計(jì)模式的作用和研究意義表現(xiàn)在：優(yōu)化的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)模式為開發(fā)者提供了良好的經(jīng)過優(yōu)化的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。模式中所描述的解決方案是人們從不同的角度對某個(gè)問題精細(xì)研究，然后的出來最通用的解決方案。較高的復(fù)用性。設(shè)計(jì)模式為重用面向?qū)ο蟠a提供了一種方便途徑，使得復(fù)用某些成功的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)更加容易。沒有經(jīng)驗(yàn)的程序員也可借助設(shè)計(jì)模式提高設(shè)計(jì)水平。多個(gè)模式可以組合起來構(gòu)成完整的系統(tǒng)，這種基于模式的設(shè)計(jì)具有更大的靈活性、可擴(kuò)展性和更好的可重用性。豐富的表達(dá)能力。在面向?qū)ο蟮木幊讨?，軟件編程人員往往更加注重以往代碼的重用性和可維護(hù)性。通過提供某些類和對象的相互作用關(guān)系以及它們之間潛在聯(lián)系的說明規(guī)范，設(shè)計(jì)模式甚至能夠提高系統(tǒng)維護(hù)的有效性。降低耦合性。設(shè)計(jì)模式的基本思想，是將程序中可能變化的部分與不變的部分分離，盡量減少對象之間的耦合，當(dāng)某些對象發(fā)生變化時(shí)，不好導(dǎo)致其他對象都發(fā)生變化。這樣使得代碼更容易擴(kuò)展和維護(hù)，而且也讓成功程序更容易被讀懂。清華大學(xué)出版社109.4常用設(shè)計(jì)模式解析9.4.1創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式1. 簡單工廠（SimpleFactory）模式簡單工廠模式：專門定義一個(gè)類來負(fù)責(zé)創(chuàng)建其他類的實(shí)例，被創(chuàng)建的實(shí)例通常都具有共同的父類。它又稱為靜態(tài)工廠方法模式，屬于類的建型模式。SimpleFactory模式根據(jù)提供給它的參數(shù)數(shù)據(jù)，返回幾個(gè)可能類中的一個(gè)類的實(shí)例。通常它返回的類都有一個(gè)公共的父類和公共的方法。清華大學(xué)出版社11簡單工廠模式提供一個(gè)類，由它負(fù)責(zé)根據(jù)一定的條件創(chuàng)建某一具體類的實(shí)例。清華大學(xué)出版社122. 工廠方法（FactoryMethod）模式工廠方法模式，是對簡單工廠模式進(jìn)行了抽象和推廣。由于使用了多態(tài)性，工廠方法模式保持了簡單工廠模式的優(yōu)點(diǎn)，而且克服了它的缺點(diǎn)。清華大學(xué)出版社133. 抽象工廠模式抽象工廠模式指一個(gè)工廠等級(jí)結(jié)構(gòu)可以創(chuàng)建出分屬于不同產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)的一個(gè)產(chǎn)品族中的所有對象。如果用圖來描述的話，提供創(chuàng)建對象的接口，與工廠方法類似，但此處返回的一系列相關(guān)產(chǎn)品。清華大學(xué)出版社144. 單例（Singleton）模式單例模式屬于對象創(chuàng)建型模式，其意圖，單件模式保證應(yīng)用只有一個(gè)全局惟一的實(shí)例，并且提供一個(gè)訪問它的全局訪問點(diǎn)。單例模式，保證某個(gè)類有且僅有一個(gè)實(shí)例。清華大學(xué)出版社159.4.2結(jié)構(gòu)型設(shè)計(jì)模式1. 適配器（Adapter）模式適配器模式將一個(gè)類的程序設(shè)計(jì)接口轉(zhuǎn)換成另一個(gè)接口。這很像變壓器（Adapter），變壓器把一種電壓變換成另一種電壓。美國的生活用電電壓是110V，而中國的電壓是220V。如果要在中國使用美國電器，就必須有一個(gè)能把220V電壓轉(zhuǎn)換成110V電壓的變壓器。這個(gè)變壓器就是一個(gè)Adapter。清華大學(xué)出版社16類的Adapter模式的結(jié)構(gòu)復(fù)用已存在的接口與所需接口不一致的類。類適配器：從一個(gè)不一致的類派生出一個(gè)類，然后自愛派生類里面增加所需要的方法，使得派生類能夠匹配所需要的接口。對象適配器：將原始類包含在新類里，然后在新類里創(chuàng)建方法去轉(zhuǎn)換調(diào)用。清華大學(xué)出版社17

對象的Adapter模式的結(jié)構(gòu)客戶端需要調(diào)用Request方法，而Adaptee沒有該方法，為了使客戶端能夠使用Adaptee類，需要提供一個(gè)包裝的類Adapter。這個(gè)包裝類包裝了一個(gè)Adaptee的實(shí)例，從而將客戶端與Adaptee銜接起來。由于Adapter與Adaptee是委派關(guān)系，這決定了這個(gè)適配器模式是對象的。清華大學(xué)出版社182. 橋接（Bridge）模式橋梁模式是一個(gè)非常有用的模式，也是比較復(fù)雜的一個(gè)模式。熟悉這個(gè)模式對于理解面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則，包括“開－閉”原則（OCP）以及組合/聚合復(fù)用原則（CARP）都很有幫助。理解好這兩個(gè)原則，有助于形成正確的設(shè)計(jì)思想和培養(yǎng)良好的設(shè)計(jì)風(fēng)格。清華大學(xué)出版社193. 組合（Composite）模式組合模式有時(shí)候又叫做部分-整體模式，是將對象組合成樹形結(jié)構(gòu)以表示部分-整體的層次結(jié)構(gòu)，Composite模式使得用戶對單個(gè)對象和組合對象的使用具有一致性。Composite模式的一個(gè)重要思想，是遞歸組合，一個(gè)抽象類，既可以代表組合對象，又可以代表一個(gè)被組合的對象。清華大學(xué)出版社20透明式的合成模式結(jié)構(gòu)與安全式的合成模式不同的是，透明式的合成模式要求所有的具體構(gòu)件類，不論樹枝構(gòu)件還是樹葉構(gòu)件，均符合一個(gè)固定的接口。清華大學(xué)出版社214. 裝飾（Decorator）模式裝飾（Decorator）模式又名包裝（Wrapper）模式，以對客戶端透明的方式擴(kuò)展對象的功能，是繼承關(guān)系的一個(gè)替代方案。動(dòng)態(tài)地給對象添加一些額外的職責(zé)，就增加功能來說，裝飾模式比生成子類更靈活。清華大學(xué)出版社225. 外觀(Facade)模式：外觀模式外部與一個(gè)子系統(tǒng)的通信必須通過一個(gè)統(tǒng)一的門面（Fa?ade）對象進(jìn)行。清華大學(xué)出版社236. 享元（Flyweight）模式用一個(gè)共享來避免大量擁有相同內(nèi)容對象的開銷。這種開銷中最常見、直觀的就是內(nèi)存的損耗，享元模式以共享的方式高效的支持大量的細(xì)粒度對象。清華大學(xué)出版社247. 代理（Proxy）模式：代理，就是一個(gè)人或者一個(gè)機(jī)構(gòu)代表另一個(gè)人或者另一個(gè)機(jī)構(gòu)采取行動(dòng)。在一些情況下，一個(gè)客戶不想或者不能夠直接引用一個(gè)對象，而代理對象可以在客戶端和目標(biāo)對象之間起到中介的作用。清華大學(xué)出版社259.4.3 行為型設(shè)計(jì)模式行為型模式（BehavioralPattern）描述算法以及對象之間的任務(wù)職責(zé)分配，它所描述的不僅僅是類或?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)模式，還有它們之間的通信模式。行為模式是對在不同的對象之間劃分責(zé)任和算法的抽象化。這些模式描述了在運(yùn)行時(shí)刻難以跟蹤的復(fù)雜的控制流。行為型的模式有職責(zé)鏈（ChainofResponsibility）模式、命令（Command）模式、迭代器（Iterator）模式、中介者（Mediator）備忘錄（Memento）模式、觀察者（Observer）模式、策略（Strategy）模式、訪問者（Visitor）模式等。行為模式，分為類的行為模式和對象的行為模式兩種。類的行為模式：類的行為模式使用繼承關(guān)系在幾個(gè)類之問分配行為。對象的行為模式：對象的行為模式則使用對象的聚合來分配行為。清華大學(xué)出版社261. 職責(zé)鏈（ChainofResponsibility）模式使多個(gè)對象都有機(jī)會(huì)處理請求,從而避免請求的發(fā)送者和接收者之間的耦合關(guān)系。將這些對象連成一條鏈,并沿著這條鏈傳遞請求,直到有一個(gè)對象處理它為止。清華大學(xué)出版社272. 命令（Command）模式命令模式把申請?zhí)囟ú僮鞯恼埱蠓庋b到一個(gè)對象中，并給對象一個(gè)眾所周知的接口。命令模式允許系統(tǒng)使用不同的請求把客戶端參數(shù)化，對請求排隊(duì)或者記錄請求日志，可以提供命令的撤銷和恢復(fù)功能。清華大學(xué)出版社283. 中介者（Mediator）模式中介者模式，又稱為調(diào)停者模式，用一個(gè)中介對象來封裝一系列的對象交互。簡單點(diǎn)來說，將原來兩個(gè)直接引用或者依賴的對象拆開，在中間加入一個(gè)“中介”對象，使得兩頭的對象分別和“中介”對象引用或者依賴。清華大學(xué)出版社294. 觀察者（Observer）模式觀察者模式又叫做發(fā)布-訂閱（Publish/Subscribe）模式、模型-視圖（Model/View）模式、源-監(jiān)聽器（Source/Listener）模式或從屬者（Dependents）模式。清華大學(xué)出版社305. 訪問者（Visitor）模式訪問者模式表示一個(gè)作用于某個(gè)對象結(jié)構(gòu)中的各元素的操作，使得可以再不改變各元素的類前提下定義作用于這些元素的心操作。清華大學(xué)出版社319.5 深入認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)模式設(shè)計(jì)模式能較好的實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用，增加可維護(hù)性。設(shè)計(jì)模式的實(shí)現(xiàn)遵循了一下原則，從而達(dá)到了代碼復(fù)用及增加可維護(hù)性的目的。下面是設(shè)計(jì)模式應(yīng)當(dāng)遵循的幾個(gè)常用原則：（1）單一職責(zé)原則（SimpleResponsibilityPrinciple，SRP）（2）開閉原則（Open-ClosedPrinciple，OCP）（3）里氏替換原則（LiskovSubstitutionPrinciple，LSP）（4）依賴倒置原則（DependenceInversionPrinciple,DIP）五、接口隔離原則（InterfaceSegregationPrinciple，ISP）六、迪米特原則（LawofDemeter，LoD）清華大學(xué)出版社329.6 小結(jié)介紹了設(shè)計(jì)模式的發(fā)展歷程，分析了設(shè)計(jì)模式在實(shí)際軟件開發(fā)中的作用。設(shè)計(jì)模式能較好的實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用，增加可維護(hù)性。設(shè)計(jì)模式通常分為創(chuàng)建型模式、結(jié)構(gòu)型模式和行為型模式，這三大類，