面向对象——设计模式

一、设计模式的要素

模式名称（Pattern Name）：一个助记符，它用一两个词来描述模式的问题、解决方案和效果。
问题（Problem）：问题描述了应该在何时使用模式。
解决方案（Solution）：解决方案描述了设计的组成成分、它们之间的相互关系及各自的职责和协作方式。
效果（Consequences）：效果描述了模式应用的效果及使用模式应权衡的问题。

二、创建型设计模式

创建型模式抽象了实例化过程，它们帮助一个系统独立于如何创建、组合和表示它的那些对象。一个类创建型模式使用继承改变被实例化的类，而一个对象创建型模式将实例化委托给另一个对象。
在这些模式中有两个不断出现的主旋律。
第一，它们都将关于该系统使用哪些具体的类的信息封装起来。
第二，它们隐藏了这些类的实例是如何被创建和放在一起的。整个系统关于这些对象所知道的是由抽象类所定义的接口。

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接口，而无须指定它们具体的类。
适用性：
一个系统要独立于它的产品来创建、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。
当提供一个产品类库，只想显示它们的接口而不是实现时。
Builder（生成器）
意图：将一个复杂对象的构件与它的表示分离，使得同样的构件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。
Factory Method（工厂方法）
定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。Factory Method使一个类的实例化延迟到其子类。
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。
Prototype（原型）
意图：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制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、构成和表示是。
当要实例化的类是在运行时刻制定时，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类层次时。
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。
Singleton（单例）
意图：保证一个类仅有一个实例，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是通过子类化可扩展的，并且客户无需更改代码就能够使用一个扩展的实例时。

三、结构性设计模式

结构型设计模式涉及如何组合类和对象以获得更大的结构。结构型类模式采用继承机制来组合接口或实现。一个简单的例子是采用多重继承方法将两个以上的类组合成一个类，结果这个类包含了所有父类的性质。这一模式尤其有助于多个独立开发的类库协同工作。其中一个例子是类形式的Adapter模式。一般来说，适配器使得一个接口与其他接口兼容，从而给出了多个不同接口的统一抽象。为此，类适配器对一个adaptee类进行私有继承。这样，适配器就可以用adaptee的接口表示它的接口。

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。
适用性：
想使用一个已经存在的类，而它的接口不符合要求。
想创建一个可以服用的类，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）想使用一个已经存在的子类，但是不可能对每一个都进行子类化以匹配它们的接口。对象适配器可以适配它的父类接口。
Bridge（桥接）
意图：
将抽象部分与其实现部分分离，使它们都可以独立地变化。
适用性：
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。这是Bridge模式使得开发者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，即客户代码不必重新编译。
想对客户完全隐藏抽象的实现部分。
有许多类要生成的类层次结构
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。
Composite（组合）
意图：将对象组合成树型结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite使得用户对单个对象和组成对象的使用具有一致性。
适用性：
想表示对象的部分-整体层次结构。
希望用户忽略组合对象与单个对象的不同，用户将统一地使用组合结构中的所有对象。
Decorator（装饰）
意图：动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能而言，Decorator模式比生成子类更加灵活。
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式进行扩充时。一种情况是，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。另一种情况可能是，由于类定义被隐藏，或类定义不能用于生成子类。
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，这个接口使得这一子系统更加容易使用。
适用性：要为一个复杂子系统提供一个简单接口时，子系统往往因为不断演化而变得越来越复杂。大多数模式使用时都会产生更多更小的类，这使得子系统更具有可重用性，也更容易对子系统进行定制，但也给那些不需要定制子系统的用户带来一些使用上的困难。
客户程序与抽象类的实现部分之间存在着很大的依赖性。引入Facade将这个子系统与客户以及其他子系统分离，可以提高子系统的独立性和可移植性。
当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。如果子系统之间是相互依赖的，则可以让他们仅通过Facade进行通信，从而简化了它们之间的依赖关系。
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，造成很大的存储开销。
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。由于Flyweight对象可以被共享，所以对于概念上明显有别的对象，标识测试将返回真值。
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。
适用性：
Proxy模式适用于在需要比较通用和复杂的对象指针代替简单的指针的时候，常见情况有：
远程代理（Remote Proxy）：为一个对象在不同地址空间提供局部代表。
虚代理（Virtual Proxy）：根据需要创建开销很大的对象。
保护代理（Protection Proxy）：控制对原始对象的访问，用于对象应该有不同的访问权限的时候。
智能引用（Smart Reference）：取代了简单的指针，它在访问对象时执行一些附加操作。典型用途包括对指向实际对象的引用计数，这样当该对象没有引用时，可以被自动释放；当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。

四、行为模式设计

行为模式设计算法和对象间职责的分配。行为模式不仅描述对象或类的模式，还描述它们之间的通信模式。这些模式刻画了在运行时难以跟踪的、复杂的控制流。它们将用户的注意力从控制流转移到对象间的联系方式上来。

Chain of Responsibility（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。将这些对象连成一条链，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：
有多个的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。
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。
Command命令
意图：将一个请求封装为一个对象，从而使得可以用不同的请求对客户进行参数化；对请求排序或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。
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。
用构建在原语操作上的高层操作构造一个系统。
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：Interpreter模式适用于当有一个语言需要解释执行，并且可将该语言中的句子表示为一个抽象语法树时，以下情况效果最好：
该文法简单。
效率不是一个关键问题。
Iterator（迭代器）
意图：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，且不需要暴露该对象的内部表示。
适用性：
访问一个聚合对象的内容而无须暴露它的内部表示。
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。
Mediator（中介者）
意图：用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使各对象不需要显示的相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变他们之间的交互。
适用性：
一组对象以定义良好但是复杂的方式进行通信，产生的相互依赖关系结构混乱且难以理解。
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。
想制定一个分布在多个类中的行为，而又不想生成太多的子类。
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，并在对象之外保存这个状态。这样以后就可以将对象恢复到原先保存的状态。
适用性：
必须保存一个对象在某一个时刻的状态，这样以后需要时才能恢复到先前的状态。
如果一个用接口来让其他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。
Observer（观察者）
意图：定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并自动更新。
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个方面，将这两者封装在独立的对象中以使它们可以各自独立地改变和复用。
当对一个对象必须通知其他对象，而它又不能假定其他对象是谁，即不希望这些对象是紧耦合的。
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。
适用性：
一个对象的行为决定于它的状态，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，且这些分支依赖于对象的状态。这个状态常用一个或多个枚举常量表示。
Strategy（策略）
意图：定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可以相互替换。此模式使得算法可以独立于使用它们的客户而变化。
适用性：
许多相关的仅仅是行为有异。“策略”提供了一种用多个行为中的一个行为来配置一个类的方法。
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，将相关的条件分支移入它们各自的Strategy类中，以代替这些条件语句。
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。Template Method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的部分，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取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。模板方法旨在特定点调用“hook”操作，这就只允许在这些点进行扩展。
Visitor（访问者）
意图：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它允许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。
适应性：
一个对象结构包含很多类对象，它们有不同的接口，而用户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，而又想要避免这些操作“污染”这些对象的类。
定义对象结构的类很少改变，但经常需要在此结构上定义新的操作。改变对象结构类需要重定义所有访问者的接口，这可能需要很大的代价。如果对象结构类经常改变，那么可能还是要在这些类中定义这些操作较好。

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