浅谈设计模式

大家好，在这个版块儿，主要讨论一下设计模式（Design Pattern），上学期学了设计模式这门课，针对其中三个模式做了presentation。在学习过程中，深深感觉到了设计模式对于software developer的重要性，在此，将讨论23种不同的设计模式，1，为了方便自己复习，更熟练的掌握这些知识。2，为了和大家交流经验，共同提高。在此，先对设计模式做个简单的介绍。

什么是设计模式？设计模式（Design Pattern）是一套被反复使用，多数人知道的，经过分类编目，代码设计的总结。在程序中使用设计模式，是为了重用代码，从而达到节省时间与空间利用率；更使代码易被人理解，保证代码的可靠性。设计模式是软件工程的基石，对于软件工程师是非常必要掌握的知识。

接下来，我们讨论一下为什么我们要学习设计模式，也就是学习设计模式motivation。设计模式最根本的宗旨是为了代码复用，增加可维护性。在面向对象程序设计（Object Oriented Programming）中，有几个原则：开闭原则（Open Closed Principal，OCP），里氏代换原则（Liskov Substitution Principal， LSP），依赖倒转原则（Dependency Inversion Principal，DIP），接口隔离原则（Interface
Segregation Principal，ISP），聚合复用原则（Composite Reuse Principal，CRP），最小知识原则（Principal of Least Knowledge，PLK）。设计模式其实就是实现了这些原则，从而达到了增加代码复用，达到了可维护的作用。接下来详细介绍这几种原则。

开闭原则（Open Closed Principal）：开闭原则的核心就是对于系统，对其功能的扩展是开放的，允许软件工程师对其功能进行扩展。但是对于原有代码的修改，是封闭的，是不允许的。正如Bertrand Meyer 1988年所说的：“Software entities should be open for extension, but closed for motivation.” 如何实现开闭原则呢？实现开闭原则的关键就是抽象类，即为把系统所有可能的行为抽象为一个抽象底层，这个底层要预见所有扩展的可能，即在所有情况下，系统的抽象底层不需要修改。我们可以通过继承，重载，委托的手段实现功能扩展。

里氏代换原则（Liskov Substitution Principal）：里氏代换原则定义，任何基类可以出现的地方，子类一定也可以出现，LSP是继承复用的基石，当子类替换基类时，系统功能不会受到影响，基类才可以被真正的复用。从而也可以在子类中相对的增加新功能。因此LSP是对于OCP的补充。通过上一段落，我们知道，实现OCP的核心技术就是实现抽象类，然而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现。例如我们有两个类A与B，类B继承类A，在一些情况，类B没法完全取代类A，在这时候，LSP原则就会被违反，因此我们在这时候的解决方案就是创建一个新的抽象类C，将A与B的共同行为移到C中来解决问题。并且将B与A之间的关系更改为委派关系。

依赖倒转原则（Dependency Inversion Principal，DIP）：依赖倒转原则有两个关键的宗旨：1，抽象不应该依赖于细节，细节应当依赖于抽象；2，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（Interface Segregation Principal，ISP）：ISP的核心原则为：使用多个专门的接口要比使用一个总的接口要好很多，一个类对另外一个类的依赖性应当是建立在最小的接口上的。一个接口代表一个角色，不应该把不同的角色交给一个大的接口，没有关系的接口合并在一起，形成了一个大的接口，是对接口与角色的污染！

合成/聚合复用原则（Composite/Aggregate Reuse Principal，CARP）：合成复用原则的核心就是在一个新的对象里使用一些已有的对象，使之成为新对象的一部分，新对象对这些已有对象的委派达到复用已有功能的目的。从而继承关系就少了很多。

上面介绍了OOD的几种核心原则。这些原则都是实现设计模式的核心思想。下面我们来讨论一下设计模式的四个基本要素。

1，模式名称：用几个英文单词来形象的表述这个模式。给学习者和使用者直观的印象。

2，问题：描述了何时使用这个模式，来解决什么样的问题。

3，解决方案：描述了设计的组成成分，他们之间的相互关系以及各自的职责和协作方式。

4，效果：描述了这个模式所应用后得到的效果。从程序的时间和空间复杂度去考虑。

下面我们来介绍一下一些基本的设计模式，将在后续文章中用C#和C++语言对每个模式给出范例。设计模式大体上分为三种类型，一共23个设计模式。

1，创建型模式：单件模式，抽象工厂模式，建造者模式，工厂模式，原型模式。

2，结构型模式：适配器模式，桥接模式，装饰模式，组合模式，外观模式，享元模式，代理模式。

3，行为型模式：模板方法模式，命令模式，迭代器模式，观察者模式，中介者模式，备忘录模式，解释器模式，状态模式，策略模式，职责链模式，访问者模式