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设计模式
代表了最佳的实践,通常被有经验的面向对象的软件开发人员所采用。
设计模式是软件开发人员在软件开发过程中面临的一般问题的解决方案。
这些解决方案是众多软件开发人员经过相当长的一段时间的试验和错误总结出来的。
什么是 GOF(四人帮,全拼 Gang of Four)?
在 1994 年,由 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides 四人合著出版了一本名为 Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software(中文译名:设计模式 - 可复用的面向对象软件元素) 的书,该书首次提到了软件开发中设计模式的概念。
四位作者合称 GOF(四人帮,全拼 Gang of Four) 。他们所提出的设计模式主要是基于以下的面向对象设计原则。
- 对接口编程而不是对实现编程。
- 优先使用对象组合而不是继承。
分类
两种分类方法,即根据模式的目的来分和根据模式的作用的范围来分。
根据目的来分
根据模式是用来完成什么工作来划分,这种方式可分为创建型模式、结构型模式和行为型模式 3 种。
- 创建型模式:用于描述“怎样创建对象”,它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。GoF 中提供了单例、原型、工厂方法、抽象工厂、建造者等 5 种创建型模式。
- 结构型模式:用于描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构,GoF 中提供了代理、适配器、桥接、装饰、外观、享元、组合等 7 种结构型模式。
- 行为型模式:用于描述类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象都无法单独完成的任务,以及怎样分配职责。GoF 中提供了模板方法、策略、命令、职责链、状态、观察者、中介者、迭代器、访问者、备忘录、解释器等 11 种行为型模式。
根据作用范围来分
根据模式是主要用于类上还是主要用于对象上来分,这种方式可分为类模式和对象模式两种。
- 类模式:用于处理类与子类之间的关系,这些关系通过继承来建立,是静态的,在编译时刻便确定下来了。GoF中的工厂方法、(类)适配器、模板方法、解释器属于该模式。
- 对象模式:用于处理对象之间的关系,这些关系可以通过组合或聚合来实现,在运行时刻是可以变化的,更具动态性。GoF 中除了以上 4 种,其他的都是对象模式。
设计模式原则
开闭原则
对扩展开放,对修改关闭。
作用
- 对软件测试的影响
软件遵守开闭原则的话,软件测试时只需要对扩展的代码进行测试就可以了,因为原有的测试代码仍然能够正常运行。
- 可以提高代码的可复用性
粒度越小,被复用的可能性就越大;在面向对象的程序设计中,根据原子和抽象编程可以提高代码的可复用性。
- 可以提高软件的可维护性
遵守开闭原则的软件,其稳定性高和延续性强,从而易于扩展和维护。
里氏代换原则
继承必须确保超类所拥有的性质在子类中仍然成立
作用
- 里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一。
- 它克服了继承中重写父类造成的可复用性变差的缺点。
- 它是动作正确性的保证。即类的扩展不会给已有的系统引入新的错误,降低了代码出错的可能性。
- 加强程序的健壮性,同时变更时可以做到非常好的兼容性,提高程序的维护性、可扩展性,降低需求变更时引入的风险。
依赖倒转原则
高层模块不应该依赖低层模块,两者都应该依赖其抽象;
抽象不应该依赖细节,细节应该依赖抽象。
其核心思想是:要面向接口编程,不要面向实现编程。
作用
- 依赖倒置原则可以降低类间的耦合性。
- 依赖倒置原则可以提高系统的稳定性。
- 依赖倒置原则可以减少并行开发引起的风险。
- 依赖倒置原则可以提高代码的可读性和可维护性。
接口隔离原则
客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法。
该原则还有另外一个定义:一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上
优点
- 将臃肿庞大的接口分解为多个粒度小的接口,可以预防外来变更的扩散,提高系统的灵活性和可维护性。
- 接口隔离提高了系统的内聚性,减少了对外交互,降低了系统的耦合性。
- 如果接口的粒度大小定义合理,能够保证系统的稳定性;但是,如果定义过小,则会造成接口数量过多,使设计复杂化;如果定义太大,灵活性降低,无法提供定制服务,给整体项目带来无法预料的风险。
- 使用多个专门的接口还能够体现对象的层次,因为可以通过接口的继承,实现对总接口的定义。
- 能减少项目工程中的代码冗余。过大的大接口里面通常放置许多不用的方法,当实现这个接口的时候,被迫设计冗余的代码。
迪米特法则(最少知道原则)
如果两个软件实体无须直接通信,那么就不应当发生直接的相互调用,可以通过第三方转发该调用。
其目的是降低类之间的耦合度,提高模块的相对独立性
优点
- 降低了类之间的耦合度,提高了模块的相对独立性。
- 由于亲合度降低,从而提高了类的可复用率和系统的扩展性。
合成复用原则
在软件复用时,要尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现,其次才考虑使用继承关系来实现。
优点
- 它维持了类的封装性。因为成分对象的内部细节是新对象看不见的,所以这种复用又称为“黑箱”复用。
- 新旧类之间的耦合度低。这种复用所需的依赖较少,新对象存取成分对象的唯一方法是通过成分对象的接口。
- 复用的灵活性高。这种复用可以在运行时动态进行,新对象可以动态地引用与成分对象类型相同的对象。
单一职责
这里的职责是指类变化的原因
单一职责原则规定一个类应该有且仅有一个引起它变化的原因,否则类应该被拆分
单一职责原则的核心就是控制类的粒度大小、将对象解耦、提高其内聚性
优点
- 降低类的复杂度。一个类只负责一项职责,其逻辑肯定要比负责多项职责简单得多。
- 提高类的可读性。复杂性降低,自然其可读性会提高。
- 提高系统的可维护性。可读性提高,那自然更容易维护了。
- 变更引起的风险降低。变更是必然的,如果单一职责原则遵守得好,当修改一个功能时,可以显著降低对其他功能的影响。