设计模式概述

1. 介绍

设计模式（Design Pattern）是一套经过分类、被反复使用的代码设计经验的总结。它源于建筑领域，由哈佛大学建筑学博士克里斯托弗·亚历山大提出，后被引入到软件工程，特别是面向对象的设计中。

2. 设计模式的必要性

设计模式的产生旨在解决软件开发中反复出现的设计问题，提供标准化的解决方案，具体目的包括：

• 重用代码：避免重复设计和实现。
• 提高代码质量：减少系统中的错误和问题。
• 促进沟通：提供共享的设计词汇和概念，提升开发人员间的理解与沟通。

3. 基本原则

设计模式遵循以下基本原则：

3.1 单一职责原则（SRP）

• 定义：一个类只负责一项职责，降低复杂度，提高可读性和可维护性。
• 实现方法：将不同职责分离到不同类中。

3.2 开闭原则（OCP）

• 定义：对扩展开放，对修改关闭，提升系统的可扩展性和可维护性。
• 实现方法：通过接口或抽象类定义稳定的抽象层。

3.3 里氏替换原则（LSP）

• 定义：子类对象应能替换父类对象，确保程序行为不变。
• 实现方法：子类实现父类所有方法，不改变其预期行为。

3.4 依赖倒置原则（DIP）

• 定义：高层模块不应依赖低层模块，二者应依赖于抽象。
• 实现方法：通过依赖注入和接口编程实现。

3.5 接口隔离原则（ISP）

• 定义：使用多个专门的接口而非一个通用的大接口，降低耦合度。
• 实现方法：将大接口拆分为多个小接口。

3.6 迪米特法则（LoD）

• 定义：对象应对其他对象有最少的了解，降低系统耦合度。
• 实现方法：减少对象之间的直接交互，仅与相关对象通信。

4. 设计模式的分类

设计模式可分为三大类：

4.1 创建型模式（Creational Patterns）

• 单例模式（Singleton Pattern）：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。
• 工厂方法模式（Factory Method Pattern）：定义创建对象的接口，让子类决定实例化哪一类。
• 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）：提供创建一系列相关对象的接口。
• 建造者模式（Builder Pattern）：将复杂对象的构建与其表示分离。
• 原型模式（Prototype Pattern）：通过拷贝原型创建新的对象。

4.2 结构型模式（Structural Patterns）

• 适配器模式（Adapter Pattern）：将一个类的接口转换成客户期望的接口。
• 装饰模式（Decorator Pattern）：动态给对象增加额外职责。
• 代理模式（Proxy Pattern）：为其他对象提供代理，以控制访问。
• 外观模式（Facade Pattern）：为子系统提供一致的接口。
• 桥接模式（Bridge Pattern）：将抽象部分与实现部分分离。
• 组合模式（Composite Pattern）：将对象组合成树形结构表示部分-整体层次。
• 享元模式（Flyweight Pattern）：通过共享技术支持大量细粒度对象。

4.3 行为型模式（Behavioral Patterns）

• 策略模式（Strategy Pattern）：定义一系列算法并封装，使其可互相替换。
• 模板方法模式（Template Method Pattern）：定义算法的骨架，将某些步骤延迟到子类。
• 观察者模式（Observer Pattern）：定义一对多依赖关系，当一个对象改变状态时通知所有依赖对象。
• 迭代器模式（Iterator Pattern）：顺序访问聚合对象的各个元素。
• 责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）：多个对象都有机会处理请求，减少耦合。
• 命令模式（Command Pattern）：将请求封装为对象，允许用不同请求对客户进行参数化。
• 备忘录模式（Memento Pattern）：捕获对象的内部状态并保存。
• 状态模式（State Pattern）：允许对象在内部状态改变时改变其行为。
• 访问者模式（Visitor Pattern）：定义作用于对象结构的操作，新增操作而不改变类。
• 中介者模式（Mediator Pattern）：用中介对象封装一系列对象的交互。
• 解释器模式（Interpreter Pattern）：定义语言的文法表示并提供解释器。

图示