6.3.面向对象技术-设计模式

设计模式

设计模式
- 创建型模型
- - 速记口诀
- 结构型设计模式
- - 速记口诀
- 行为型设计模式
- - 速记口诀
- 练习题

设计模式

上午2-4分，记忆点很多
在这里插入图片描述
要具体了解推荐看书籍《大话设计模式》
架构模式：软件设计中的高层决策，例如C/S结构就属于架构模式，架构模式反映了开发软件系统过程中所作的基本设计决策。

设计模式：每一个设计模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案的核心。这样，你就能一次又一次地使用该方案而不必做重复劳动。设计模式的核心在于提供了相关问题的解决方案，使得人们可以更加简单方便的复用成功的的设计和体系结构。四个基本要素：模式名称、问题（应该在何时使用模式)、解决方案（设计的内容）、效果（模式应用的效果）。

惯用法：是最低层的模式，关注软件系统的设计与实现，实现时通过某种特定的程序设计语言来描述构件与构件之间的关系。每种编程语言都有它自己特定的模式，即语言的惯用法。例如引用一计数就是C++语言中的一种惯用法。

创建型模型

创建对象

工厂模式(Factory Pattern)
- 工厂模式就像是一家披萨店。你告诉披萨店你想要什么类型的披萨，它会根据你的需求为你制作披萨。在这里，披萨店就是一个工厂，披萨是工厂创建的产品。
- 生活中的例子：你在购物时可以使用工厂模式，告诉工厂你需要哪种类型的衣服，然后工厂可以根据你的需求制作并提供相应的衣服。
单例模式(Singleton Pattern)
- 单例模式确保一个类只有一个实例。这就像一座城市只有一个市长，无论多少人住在这座城市，市长都是唯一的。
- 生活中的例子：操作系统的任务管理器就是一个单例模式的应用。无论打开多少个任务管理器窗口，它们都指向同一个任务管理器实例。
建造者模式(Builder Pattern)
- 建造者模式像是建造一座房子。你可以选择房子的类型、颜色、材料等，并由建筑工人按照你的选择来构建房子。
- 假设你是一位工程师，有一个木制房子构建者和一个砖瓦房子构建者。你的任务是根据客户的要求建造不同类型的房子。客户A需要一座木制房子，你将选择木制房子构建者，然后使用它的方法来逐步构建木制房子，包括设置木质墙壁、建造屋顶和安装窗户。客户B需要一座砖瓦房子，你将选择砖瓦房子构建者，并使用它的方法来逐步构建砖瓦房子，包括砖瓦墙壁、瓦片屋顶和大窗户。
- 通过构建者模式，你可以根据客户的需求，逐步构建不同类型的房子，而不必亲自处理所有细节。这使得构建过程灵活且回维护，同时允许创建不同风格和材质的房子
原型模式(Prototype Pattern):
- 原型模式通过复制现有对像来创建新对象。这就像使用3D打印机复制一件艺术品或零件，从一个原型创建多个相同的物品。
- 生活中的例子：在电影制作中，制作人可以使用原型模式来复制特效道具，以便在不同场景中使用多个相同的道具。

速记口诀

速记口诀：单抽元件厂

创建型设计模式	定义	记忆关键字
Abstract Factory 抽象工厂模式	提供一个接口，可以创建一系列相关或相互依赖的对象，而无需指定它们具体的类	抽象接口
Builder 构建器模式	将一个复杂类的表示与其构造相分离，使得相类和构造分离同的构建过程能够得出不同的表示	类和构造分离
Factory Method 工厂方法模式	定义一个创建对象的接口，但由子类决定需要实例化哪一个类。使得子类实例化过程推迟	子类决定实例化
Prototype 原型模式	用原型实例指定创建对象的类型，并且通过拷贝这个原型来创建新的对象	原型实例，拷贝
Singleton 单例模式	保证一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点	唯一实例

结构型设计模式

结构型设计模式：关注如何将对象和类组合成更大的结构，以便更好地实现系统的整体结构。这些模式有助于解决对象之间的组合、接口和继承等关系，从而提高代码的可扩展性和可维护性

适配器模式（Adapter Pattern):
- 适配器模式允许两个不兼容的接口协同工作。就像使用电源适配器将外国电器插头适到国内插座一样，适配器模式可以使不同的类一起工作。
- 生活中的例子：
  想象你有一台笔记本电脑，但只有一个USB-C接口，而你的打印机只支持USB-A接口。你可以使用USB-C到USB-A的适器，使两者兼容。
桥接模式(Bridge Pattern))
- 桥接模式分离了一个对象的抽象部分和具体部分，使它们可以独立地变化。这个模式就像一座桥，将两个独立的领域连接起来。
- 生活中的例子：
  想象你有一辆汽车，汽车的品牌（如奥迪、宝马）和颜色（如红色、蓝色）是两个独立的变化维度。桥接模式允许你将品牌和颜色抽象出来，使你可以轻松地组合不同品牌和颜色，例如创建一个红色的奥迪或蓝色的宝马。
组合模式(Composite Pattern):
- 组合模式允许将对象组织成树状结构,使单个对象和组合对象都可以一致地对待。这就像将多个文件夹和文件组织成文件系统树一样。
- 生活中的例子:
  在操作系统中,文件夹可以包含文件和其他文件夹,创建了一个树状的组织结构,你可以对文件夹和文件执行相似的操作,如复制、删除等。
装饰器模式(Decorator Pattern):
- 装饰器模式允许动态地为对象添加新的功能,而无需修改其源代码。这就像在你的家中不断地添加新的家具或装饰来改善它的外观和功能。
- 生活中的例子:
  如果你有一台智能音响,可以通过添加新的语音助手技能(如天气查询或音乐播放)来扩展其功能,而不需要改变音响的核心设计。
外观模式(Facade Pattern):
- 外观模式提供了一个简化的接口,用于访问复杂系统中的一组接口。这个模式就像建筑物的外立面,隐藏了建筑内部复杂的结构,使外部用户可以轻松访问。
- 生活中的例子:
  在计算机操作系统中,你通常使用一个图形用户界面(GUI),它提供了一个易于使用的外观,隐藏了底层操作系统的复杂性。你可以点击图标、打开应用程序,而无需了解操作系统的内部工作原理。
  就像小米有很多智能产品，可以通过米家app进行管理
享元模式(Flyweight Pattern):
- 享元模式旨在最小化内存或计算开销,通过共享尽可能多的相似对象来实现。这就像在共享办公空间中租用一个工作区,多个人可以共享同一空间,减少了资源浪费。
- 生活中的例子:
  在图像编辑软件中,当多个图像元素共享相同的颜色或图案时,可以使用享元模式来减少内存占用。相同的颜色或图案可以被多个图像元素引用,而不是为每个元素都存储一份相同的数据。
代理模式(Proxy Pattern):
- 代理模式允许一个对象代表另一个对象进行控制访问。就像你聘请一个房产经纪人代表你购买房产,代理模式可以控制对另一个对象的访问。
- 生活中的例子:
  在计算机网络中,代理服务器充当客户端和目标服务器之间的中间层,用于缓存、过滤或加速请求,以提供更好的访问控制和性能。

速记口诀

速记口诀:外侨组员带配饰

结构型设计模式	定义	记忆关键字
Adapter 适配器模式	将一个类的接口转换成用户希望得到的另一种接口。它使原本不相容的接口得以协同工作	转换,兼容接口
Bridge 桥接模式	将类的抽象部分和它的实现部分分离开来,使它们可以独立的变化	抽象和实现分离
Composite 组合模式	将对象组合成树型结构以表示“整体-部分”的层次结构,使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性	整体-部分,树形结构
Decorator 装饰模式	动态的给一个对象添加一些额外的职责。它提供了用子类扩展功能的一个灵活的替代,比派生一个子类更加灵活	附加职责
Façade 外观模式	定义一个高层接口,为子系统中的一组接口提供一个一致的外观,从而简化了该子系统的使用	对外统一接口
Flyweight 享元模式	提供支持大量细粒度对象共享的有效方法	细粒度,共享
Proxy 代理模式	为其他对象提供一种代理以控制这个对象的访问	代理控制

行为型设计模式

行为型设计模式:关注对象之间的通信、职责分配和算法的交互方式,它们帮助我们更好地管理对象之间的关系,使系统更具灵活性机可维护性

责任链模式(Chain of Responsibility Pattern):
- 责任链模式就像是传递请求。多个对象依次尝试处理请求,直到有一个对象能够处理为止。
- 生活中的例子:在组织中,员工的请假申请可能需要经过多个级别的审批,每个级别的主管可以决定是否批准请假。
命令模式(Command Pattern):
- 命令模式就像使用遥控器来控制设备。你将命令封装在遥控器按钮中,然后可以随时执行命令。
- 生活中的例子:电视遥控器是命令模式的经典示例。你可以使用遥控器来执行命令,如打开电视、切换频道或调整音量。
解释器模式(Interpreter Pattern):
- 解释器模式用于处理语言解释和编译器等领域,它定义了一种语言的语法表示,并提供了解释器来解释这种语法。
- 生活中的例子:在编程中,正则表达式就是解释器模式的一个实例,用于匹配和解释字符串模式。
迭代器模式(Iterator Pattern):
- 迭代器模式就像是遍历集合。它提供了一种顺序访问集合元素的方法,而无需暴露集合的内部结构。
- 生活中的例子:在编程中,你可以使用迭代器来遍历数组、列表或集合中的元素,而无需知道底层数据结构。
中介者模式(Mediator Pattern):
- 中介者模式就像是一个中间人协调多个对象之间的交互。它减少了对象之间的直接通信,降低了耦合度。
- 生活中的例子:在一个团队中,项目经理可以充当中介者,协调团队成员之间的合作和沟通,以确保项目的顺利进行。
备忘录模式(Memento Pattern):
- 备忘录模式就像是保存和还原状态。它允许你保存对象的状态,以便将来可以还原到先前的状态。
- 生活中的例子:在文本编辑器中,你可以使用撤销和重做功能,这就是备忘录模式的应用。你可以撤销到之前的状态,然后再次重做。
观察者模式(Observer Pattern):
- 观察者模式就像订阅通知。多个观察者(订阅者)订阅主题(发布者),当主题有新信息时,观察者会自动接收通知。
- 生活中的例子:许多社交媒体平台使用观察者模式,当你关注某个用户或主题时,系统会将他们的更新信息发送给你。
状态模式(State Pattern):
- 状态模式就像人的不同情绪状态。你可以处于高兴、生气或伤心等不同的状态,每种状态下的行为可能不同。
- 生活中的例子:在自动售货机中,售货机可能有不同的状态,如待机、售卖中、缺货等。每种状态下,售货机的行为都不同。
策略模式(Strategy Pattern):
- 策略模式就像选择不同的解决方案来解决同一个问题。你可以根据情况选择不同的策略,以实现相同的目标。
- 生活中的例子:在旅行规划中,你可以选择不同的交通工具(策略),如汽车、火车或飞机,来达到相同的目的地。
模板方法模式(Template Method Pattern):
- 模板方法模式就像是定义了一个算法的框架,但允许子类实现其中的一些步骤。
- 生活中的例子:在烹饪中,制作一道菜的过程可能包括一些固定的步骤,如准备、烹饪和装盘,但每道菜的具体步骤和材料可能不同。
访问者模式(Visitor Pattern):
- 访问者模式就像是访问不同类型的元素。你可以定义不同的访问者来执行不同类型元素的操作。
- 生活中的例子:在图书馆中,你可能有不同类型的书籍,如小说、科普书和艺术书。不同类型的书籍可能需要不同类型的读者来浏览和理解。

速记口诀

速记口诀:观摩(模)对(迭)策,责令解放(访),戒(介)忘台(态)

行为型设计模式	定义	记忆关键字
Chain of Responsibility 职责链模式	通过给多个对象处理请求的机会,减少请求的发送者与接收者之间的耦合。将接收对象链接起来,在链中传递请求,直到有一个对象处理这个请求	传递请求、职责, 链接
Command 命令模式	将一个请求封装为一个对象,从而可用不同的请求对客户进行参数化,将请求排队或记录请求日志,支持可撤销的操作	日志记录、可撤销
Interpreter 解释器模式	给定一种语言,定义它的文法表示,并定义一个解释器,该解释器用来根据文法表示来解释语言中的句子	解释器,虚拟机
Iterator 迭代器模式	提供一种方法来顺序访问一个聚合对象中的各个元素而不需要暴露该对象的内部表示	顺序访问,不暴露内部
Mediator 中介者模式	用一个中介对象来封装一系列的对象交互。它使各对象不需要显式地相互调用,从而达到低耦合,还可以独立的改变对象间的交互	不直接引用
Memento 备忘录模式	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,从而可以在以后将该对象恢复到原先保存的状态	保存,恢复
Observer 观察者模式	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	通知、自动更新
State 状态模式	允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为	状态变成类
Strategy 策略模式	定义一系列算法,把它们一个个封装起来,并且使它们之间可互相替换,从而让算法可以独立于使用它的用户而变化	算法替换
Template Method 模板方法模式	定义一个操作中的算法骨架,而将一些步骤延迟到子类中,使得子类可以不改变一个算法的结构即可重新定义算法的某些特定步骤
Visitor 访问者模式	表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作,使得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	数据和操作分离

练习题

【2014】下图所示为(44)设计模式,适用于(45)。
在这里插入图片描述
(44)
A.适配器(Adapter)
B.责任链(Chain of Responsibility)
C.外观(Facade)
D.桥接(Bridge)

(45)
A.有多个对象可以处理一个请求,在运行时刻自动确定由哪个对象处理
B.想使用一个已经存在的类,而其接口不符合要求
C.类的抽象和其实现之间不希望有一个固定的绑定关系
D.需要为一个复杂子系统提供一个简单接口

答案C D

【2014】下图所示为()设计模式,适用于()。
在这里插入图片描述
A.抽象工厂(Abstract Factory)
B.生成器(Builder)
C.工厂方法(Factory Method)
D.原型(Prototype)

A.一个系统要由多个产品系列中的一个来配置时
B.当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象时
C.当创建复杂对象的算法应该独立于该对象的组成部分及其装配方式时
D.当一个系统应该独立于它的产品创建、构成和表示时

答案B C

【2015】(45)设计模式能够动态地给一个对象添加一些额外的职责而无需修改此对象的结构;(46)设计模式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;欲使一个后端数据模型能够被多个前端用户界面连接,采用(47)模式最适合。
(45)
A.组合(Composite)
B.外观(Facade)
C.享元(Flyweight)
D.装饰器(Decorator)

(46)
A.工厂方法(Factory Method)
B.享元(Flyweight)
C.观察者(Observer)
D.中介者(Mediator)

(47)
A.装饰器(Decorator)
B.享元(Flyweight)
C.观察者(Observer)
D.中介者(Mediator)

答案D A D

【2021】股票交易中,股票代理(Broker)根据客户发出的股票操作指示进行股票的买卖操作,设计如下所示类图。该设计采用()模式将一个请求封装为一个对象,从而使得以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,其中,()声明执行操作的接口。该模式属于()模式,该模式适用于()
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