设计模式

行为模式

Chain Of Responsibilit（责任链）

• 意图：使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接受者之间的耦合关系。将这些对象连城一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。
• 适用性
  • 有多个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受者的情况下，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。
• 效果
  • 降低耦合度。
  • 增强了给对象指派职责的灵活性。
  • 不保证被接受。
• 相关模式
  • 职责链常与Composite一起使用。这种情况下，一个构件的父构件可作为它的后继。

Command（命令）

• 意图：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，以及支持可撤销的操作。
• 别名：动作（Action），事物（Transaction）。
• 适用性
  • 抽象出待执行的动作以参数化某对象。
  • 在不同的时刻指定、排列和执行请求。
  • 支持取消操作。
  • 支持修改日志，这样当系统崩溃时，这些修改可以被充作一遍。
  • 用构建在原语操作上的高层操作构造一个系统。
• 效果
  • 命令模式将调用操作的对象与知道如何实现该操作的对象解偶。
  • 命令时头等的对象。它们可像其他的对象一样被操作和扩展。
  • 你可将多个命令装配成一个复合命令。
  • 增加新的命令很容易，因为这无需改变已有的类。
• 相关模式
  • Composite 模式可被用来实现宏命令。
  • Memento 模式可用来保持某个状态，命令用这一状态来取消它的效果。
  • 在被放入历史表列前必须被拷贝的命令起到一种原型的作用。

Interpreter（解释器）

• 意图：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，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。
• 适用性
  • 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。而当存在以下情况时该模式效果最好：
    • 该文法简单对于复杂的文法，文法的类层次变得庞大而无法管理。
    • 效率不是一个关键问题，最高效的解释器通常不是通过直接解释语法分析树实现的，而是首先将它们转换成另一种形式。
• 效果
  • 易于改变和扩展文法。
  • 也易于实现文法。
  • 复杂的文法难以维护。
  • 增加了新的解释表达式的方式。
• 相关模式
  • Composite 模式：抽象语法树是一个复合模式的实例。
  • Flyweight 模式：说明了如何在抽象语法树中共享终结符。
  • Iterator：解释器可用一个迭代器遍历该结构。
  • Visitor：可用来在一个类中维护抽象语法树中的各节点的行为。

Iterator（迭代器）

• 意图：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。
• 别名：游标（Cursor）。
• 适用性
  • 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，支持多态迭代）。
• 效果
  • 他支持以不同的方式遍历一个聚合。
  • 迭代器简化了聚合的接口。
  • 在同一个聚合上可以有多个遍历。
• 相关模式
  • Composite：迭代器常被应用到象符合这样的递归结构上。
  • Factory Method：多态迭代器靠 Factory Method 来例化适当的迭代器子类。
  • Memento：长于迭代器一起使用。迭代器可使用一个 memento 来捕获一个迭代的状态。迭代器在其内部存储 memento。

Mediator（中介者）

• 意图：用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使用各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立的改变它们之间的交互。
• 适用性
  • 一组对象以定义良好但是复杂的方式进行通信。
  • 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。
• 效果
  • 减少了子类生成。
  • 它将各个对象解耦。
  • 它简化了对象协议。
  • 它对对象如何协作进行了抽象。
  • 它使控件集中化。
• 相关模式
  • Facade 与中介者的不同之处在于它是对一个对象子系统进行抽象，从而提供了一个更为方便的接口。他的协议时单向的，即 Facade 对象对这个子系统类提出请求，但反之则不行。相反，Mediator 提供了各 Colleague 对象不支持或不能支持的协作行为，而且协议时多向的。
  • Colleague 可使用 Observer 模式与 Mediator 通信。

Memento（备忘录）

• 意图：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原先保存的状态。
• 别名：Token。
• 适用性
  • 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。
• 效果
  • 保持封装边界。
  • 它简化了原发器。
  • 使用备忘录可能代价很高。
  • 定义宅接口和宽接口。
  • 维护备忘录的潜在代价。
• 相关模式
  • Command：命令可使用备忘录来为可撤销的操作维护状态。
  • Iterator：如前所述备忘录可用于迭代。

Observer（观察者）

• 意图：定义对象的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态放生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。
• 别名：依赖（Dependents），发布-订阅（publish-Subscrib）
• 适用性
  • 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独自地改变和复用。
  • 当对一个对象的改变需要同时改变其他对象，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他对象，而他又不能假定其它对象是谁。换言之，你不希望这些对象是紧密耦合的。
• 效果
  • 目标和观察者间的抽象耦合。
  • 支持广播通信。
  • 意外的更新。
• 相关模式
  • mediator：通过封装复杂的更新语义，ChangeManager 充当目标和观察者之间的中介者。
  • Singleton：ChangeManager 可使用 Singleton 模式来保证它是唯一的并且是可全局访问的。

State（状态)

• 意图：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的类。
• 别名：状态对象（Objects for States）
• 适用性
  • 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。
• 效果
  • 它将与特定状态相关的行为局部化，并且将不同的状态行为分割开来。
  • 它使得状态转换显示化。
  • State对象可被共享。
• 相关模式
  • Flyweig 模式解释了何时以及怎样共享状态对象。
  • 状态对象通常都是 Singleton。

Strategy（策略）

• 意图：定义一系列算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可相互替换。本模式使得算法可独立于使用它的客户而变化。
• 别名：政策（Policy）。
• 适用性
  • 许多相关的类仅仅是行为有异。
  • 需要使用一个算法的不同变体。
  • 算法使用客户不应该知道的数据。
  • 一个类定义了多种行为，并且这些行为在这个类的操作中以多个条件语句的形式出现。
• 效果
  • 相关算法系列。
  • 一个替代继承的方法。
  • 消除了一些条件语句。
  • 实现的选择。
  • 客户必须了解不同的 Strategy。
  • Strategy 和 Context 之间的通信开销。
  • 增加了对象的数目。
• 相关模式
  • Flyweight：Stratrgy 对象经常是很好的轻量级对象。

Template Method（模板方法）

• 意图：定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中。TemplateMethod 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。
• 适用性
  • 一次性实现一个算法的不变部分，并将可变的行为留给子类来实现。
  • 各子类中公共的行为应被提出来并集中到一个公共父类中以避免代码重复。
  • 控制子类扩展。
• 效果
  • 模板方法是一种代码复用的基本技术。它们在类库中尤为重要，它们提取了类库中的公共行为。
  • 模板方法导致一种反向的控制结构，这种结构有时被称为“好莱坞法则”，即“别找我们，我们找你”。这指的是一个父类调用一个子类的操作，而不是相反。
• 相关模式
  • Factory Method 模式常被模板方法调用。
  • Strategy：模板方法使用继承来改变算法的一部分。Strategy 使用委托来改变整个算法。

Visitor（访问者）

• 意图：表示一个作用于某对象结构中各元素的操作。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。
• 适用性
  • 一个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。
  • 需要对一个对象结构中的对象进行很多不同的并且不相关的操作，而你像避免让这些操作“污染”这些对象的类。
  • 定义对象结构的类很少改变，但是经常需要在此结构上定义新的操作。
• 效果
  • 访问者模式使得易于增加新的操作。
  • 访问者集中相关的操作而分离无关的操作。
  • 增加新的 ConcreteElement 类很困难。
  • 通过类层次进行访问。
  • 积累状态。
• 相关模式
  • Composite：访问者可以用于对一个由 Composite 模式定义的对象结构进行操作。
  • Interpreter：访问者可以用于解释。

结构型模式

Adapter 适配器

• 意图：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。
• 别名：包装器（Wrapper）
• 适用性
  • 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（即那些接口可能不一定兼容的类）协同工作。
  • （仅适用于对象 Adapter）你想使用一些已经存在的子类，但是不可能对每一个都进行子类化以匹配它们都接口。对象适配器可以适配它的父类接口。
• 效果
  • 类适配器
    • 用一个具体的 Adapter 类对 Adaptee 和 Target 进行匹配。结果是当我们想要匹配一个类以及所有它的子类时，类 Adapter 将不能胜任工作。
    • 使得 Adapter 可以重定义 Adaptee 的部分行为，因为 Adapter 是 Adaptee 的一个子类。
    • 仅仅引入了一个对象，并不需要额外的指针以间接得到 adaptee。
  • 对象适配器
    • 允许一个 Adapter 与多个 Adaptee——即 Adaptee 本身以及它的所有子类（如果有子类的话）同时工作。Adapter 也可以一次给所有的 Adaptee 添加功能。
    • 使得重定义 Adaptee 的行为比较困难。这就需要生成 Adaptee 的子类并且使得 Adapter 引用这个子类而不是引用 Adaptee 本身。
• 相关模式
  • 模式 Bridge 的结构与对象适配器相似，但是 Bridge 模式的出发点不同：Bridge 目的是将接口部分和实现部分分离，从而对它们可以较为容易也相对独立的加以改变。而 Adapter 则意味着改变一个已有对象的接口。
  • Decorator 模式增强了其他对象的功能而同时又不改变它的接口。因此 decorator 对应用程序的透明性比适配器要好。结果是 decorator 支持递归组合，而纯粹使用适配器是不可能实现这一点的。
  • 模式 Proxy 在不改变它的接口的条件下，将另一个对象定义了一个代理。

Bridge（桥接）

• 意图：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立第变化。
• 别名：Handle/Body
• 适用性
  • 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。例如这种情况可能是因为，在程序运行时刻实现部分应可以被选择或者切换。
  • 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 模式是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。
  • （C++）你想对客户完全隐藏抽象的实现部分。在 C++ 中，类的表示在类接口是可见的。
  • 当需要许多类要生成的时候（为各种子类互相支持功能，只能继续扩展子类以支持），这样一个类层次结构说明你必须将一个对象分解成两个部分。这种类层次结构为“嵌套的普化”。
  • 你想在多个对象间共享实现（可能使用引用计数），但同时要求客户并不知道这一点。一个简单的例子便是 Coplien 的 String 类，在这个类中多个对象可以共享同一个字符串表示（StringRep）。
• 效果
  • 分离接口及其实现部分。
  • 提高可扩充性。
  • 实现细节对客户通明。
• 相关模式
  • Abstract Factory 模式可以用来创建和配置一个特定的 Bridge 模式。
  • Adapter 模式用来帮助无关的类协同工作，它通常在系统设计完成后才会被使用。然而，Bridge 模式则是在系统开始时就被使用，它使得抽象接口和实现部分可以独立进行改变。

Composite（组成）

• 意图：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite 使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。
• 适用性
  • 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和单个对象的不同，用户将统一地使用组合结构中的所有对象 。
• 效果
  • 定义了包含基本对象和组合对象的类层次结构。
  • 简化客户端代码。
  • 使得更容易增加新类型的组件。
  • 使你的设计变得更一般化。
• 相关模式
  • 通常部件-父部件连接用于 Responsibilit of Chain 模式。
  • Decorator 模式经常与 Composite 模式一起使用。
  • Flyweight 让你共享组件，但不再能引用他们的父控件。
  • Itertor 可用来便利 Composite。
  • Visitor 将本来应该分布在 Composite 和 Leaf 类中的操作和行为局部化。

Decorator（装饰）

• 意图：动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加新功能来说，Decorator 模式相比生成子类更为灵活。
• 别名：包装器（wrapper）
• 适用性
  • 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。
  • 处理那些可以撤销的职责。
  • 当不能采用生成子类的方法进行扩充时。
    • 可能有大量独立的扩展，为支持每一种组合将产生大量的子类，使得子类数目呈爆炸性增长。
    • 因为类定义被隐藏，或类定义不能用于生成子类。
• 效果
  • 比静态继承更灵活。
  • 避免在层次结构高层的类有太多的特征。
  • Decorator 与它的 Component 不一样。
  • 有许多小对象。
• 相关模式
  • Adapter 模式：Decorator 模式不同于 Adapter 模式，因为装饰仅改变对象的职责而不改变它的接口；而适配器将给对象一个全新的接口。
  • Composite 模式：可以将装饰视为一个退化的，仅有一个组件的组合。然而，装饰仅给对象添加一些额外的职责——它的目的不在于对象聚集。
  • Strategy 模式：用一个装饰你可以改变对象的外表；而 Strategy 模式使得你可以改变对象的内核。这是改变对象的两种途径。

Facade（外观）

• 意图：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，这个接口使得一个子系统更加容易使用。
• 适用性
  • 当你要为一个复杂子系统提供一个简单接口时。
  • 客户程序与抽象类的实现部分之间存在着很大的依赖性。
  • 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。
• 效果
  • 它对客户屏蔽子系统组件，因而减少了客户处理的对象的数目并使得子系统使用起来更加方便。
  • 它实现了子系统与客户之间的松耦合关系，而子系统内部的功能组件往往是紧耦合的。
• 相关模式
  • Abstra Factory 模式可以与 Facade 模式一起使用以提供一个接口，这一接口可用来以一种子系统独立的方式创建子系统对象。
  • Mediator 模式与 Facade 模式的相似之处是，它抽象了一些已有的类的功能。
  • 通常来讲，仅需要一个 Facade 对象，因此 Facade 对象通常属于 Singleton 模式。

Flyweight（享元）

• 意图：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。
• 适用性
  • 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，造成很大的储存开销。
  • 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。
  • 应用程序不依赖于对象标识。
• 效果
  • 使用 Flyweight 模式时，传输、查找和/或计算外部状态都会产生运行时的开销，尤其当 flyweight 原先被储存为内部状态时。
  • 然而，空间上的节能抵消了这些开销。共享的 flyweight 越多，空间节省也就越大。
• 相关模式
  • Flyweight 模式通常和 Composite 模式结合起来，用共享叶结点的有向无环图实现一个逻辑上的层次结构。
  • 通常，最好用 Flyweight 实现 State 和 Strategy 对象。

Proxy（代理）

• 意图：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。
• 别名：Surrogate
• 适用性
  • 远程代理为一个对象在不同的地址空间提供局部代表。
  • 虚代理根据需要创建开销很大的对象。
  • 保护代理控制对原始对象的访问。
  • 智能指引取代了简单的指针，他在访问对象时执行一些附加操作。
    • 对指向实际对象的引用计数，这样当该对象没有引用时，可以自动释放它。
    • 当第一次引用一个持久对象时，将它装入内存。
    • 在访问一个实际对象前，检查是否已经锁定了它，以确保其他对象不能改变它。
• 效果
  • 远程代理可以隐藏一个对象存在于不同地址空间的事实。
  • 虚代理可以进行最优化，例如根据要求创建对象。
  • 保护代理和智能指引都允许在访问一个对象时有一些附加的内务处理。
• 相关模式
  • Adapter为它所适配的对象提供了一个不同的接口。相反，代理提供了与它的实体相同的接口。
  • 尽管 Decorator 的实现部分与代理相似，但 decorator 的目的不一样。Decorator 为对象添加一个或多个功能，而代理则控制对象的访问。

创建型模式

Abstract Factory 抽象工厂

• 意图：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的借口，而无需指定它们具体的类
• 别名：Kit
• 适用性
  • 一个系统要独立于他的产品的创建、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
• 效果
  • 它分离了具体的类
  • 它使得易于交换产品系列
  • 它有利于产品的一致性
  • 难以支持新类种的产品
• 相关模式
  • Abstract Factory 类通常用工厂方法（Factory Method）实现，但它们也可以用 Prototype（原型） 实现
  • 一个具体的工厂通常是单件（单例 Singleton）

Builder 生成器

• 意图：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
• 适用性
  • 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
• 效果
  • 它使你可以改变一个产品的内部表示
  • 它将构造代码和表示代码分开
  • 它使你对构造过程进行更精细的控制
• 相关模式
  • Abstract Factory 与 Builder 相似，因为它也可以创建复杂对象。主要的区别就是 Builder 模式着重于一步步构造一个复杂对象。而 Abstract Factory 着重于多个系列的产品对象（简单的或复杂的）。Builder 在最后的一步返回产品，而对于 Abstract Factory 来说，产品时立即返回的
  • Composite 通常时 Builder 产生的

Factory Method 工厂方法

• 意图：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定具体实例化哪个类。Factory Method 使一个类的实例化延迟到其子类
• 别名：需构造器（Virtual Constructor）
• 适用性
  • 当一个类不知道它所必须创建的对象的类的时候
  • 当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候
  • 当类将创建对象的职责委托给多个帮助子类中的某一个，并且你希望将哪一个帮助子类是代理者这一信息局部化的时候
• 效果
  • 工厂方法不再将与特定应用有关的类绑定到你的代码中。
  • 工厂方法一个潜在的缺点在于客户可能仅仅为了创建一个特定的类对象，就不得不创建 Creato让的子类
  • 用工厂方法在一个类的内部创建对象通常比直接创建对象更灵活。工厂方法给子类一个挂钩以提供对象的扩展版本
  • 工厂方法并不往往只是被 Creator 调用，客户可以找到一些更有用的工厂方法，尤其在平行类层次的情况下
• 相关模式
  • Abstract Factory 经常用工厂方法来实现。Abstract Factory 模式中动机一节的例子也对工厂方法进行了说明
  • 工厂方法通常在 Template Methods 中被调用。
  • Prototypes 不需要创建 Creator 的子类。但是，它们通常要求余个针对 Product 类的 Initialize 操作。Creator 使用 Initialize 来初始化对象。而工厂方法不需要这样的操作

Prototype 原型

• 意图：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象
• 适用性
  • 当一个系统应该独立于它的产品创建、构成和表示时，要使用原型模式
  • 当要实例化的类实在运行时刻指定时，例如，通过动态装载
  • 为了避免创建一个与产品类层次平行的工厂层次时
  • 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
• 效果
  • 运行时增加和删除产品
  • 改变值以指定新对象
  • 改变结构以指定新对象
  • 减少子类的构造
  • 用类动态配置应用
• 相关模式
  • 原型模式和抽象工厂在某些方面时相互竞争的，但是它们也可以一起使用。抽象工厂款以储存一个被克隆的原型的集合，并且返回产品对象
  • 大量使用 Composite 和 Decorator 模式的设计通常也可从 Prototype 模式处获益

Singleton （单件/单例）

• 意图：保证类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点
• 适用性
  • 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时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余个扩展的实例时
• 效果
  • 对唯一实例的受控访问
  • 缩小名空间
  • 允许操作和表示的精化
  • 允许可变数目的实例
  • 比类操作更灵活
• 相关模式
  • 很多模式都可以使用 Singleton 模式实现。如抽象工厂、Builder，和原型