设计模式是解决特定设计问题的经验总结和最佳实践,它们提供了一种通用的编程方法,帮助开发人员在软件开发过程中处理常见的设计问题。下面将介绍几种常见的设计模式以及它们在不同场景下的应用方法。
创建型设计模式
创建型设计模式主要解决对象的创建问题,封装复杂的创建过程,解耦对象的创建代码和使用代码。包括以下几种模式:
单例模式:
确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。例如,数据库连接池、日志记录器和线程池都可以使用单例模式来实现。
工厂模式:
用于创建对象的实例,而不需要直接暴露实例化的逻辑。例如,一个图形绘制应用程序可以使用工厂模式来创建不同类型的图形对象。
建造者模式:
将一个复杂对象的构建与其表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。例如,一个对象的构建过程分为多个步骤,每个步骤可以单独进行。
原型模式:
通过复制一个已经存在的对象来创建新的对象,而不是直接创建新对象。例如,在实现对象的克隆功能时可以使用原型模式。
结构型设计模式
结构型模式主要总结了一些类或对象组合在一起的经典结构,这些经典的结构可以解决特定应用场景的问题。包括以下几种模式:
代理模式:
为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。例如,在实现远程代理或虚拟代理时可以使用代理模式。
桥接模式:
将抽象化与实现化解耦,使它们可以独立地变化。例如,在实现不同平台的图形用户界面时可以使用桥接模式。
装饰器模式:
动态地给一个对象添加一些额外的职责。例如,在实现日志记录或事务处理时可以使用装饰器模式。
适配器模式:
将一个类的接口转换成客户端所期望的另一个接口。例如,在实现不同数据库的连接时可以使用适配器模式。
门面模式:
为子系统中的一组接口提供一个一致的高层接口,使得子系统更容易使用。例如,在实现一个复杂的系统时可以使用门面模式来简化客户端的调用。
组合模式:
将对象组合成树形结构以表示“整体-部分”的层次结构。例如,在实现文件系统或GUI框架时可以使用组合模式。
享元模式:
用于减少创建对象的数量,以减少内存占用和提高性能。例如,在实现缓存机制时可以使用享元模式。
行为型设计模式
行为型设计模式主要解决类或对象之间的交互问题。包括以下几种模式:
观察者模式:
定义对象之间的一对多依赖关系,当一个对象发生变化时,它的所有依赖对象都会收到通知并自动更新。例如,在实现新闻发布系统时可以使用观察者模式来通知所有订阅者有新的新闻发布。
模板模式:
定义一个操作中的算法的骨架,而将一些步骤延迟到子类中实现。例如,在实现一个通用的排序算法时可以使用模板模式。
策略模式:
定义了一系列可以互相替换的算法,并将每个算法封装在单独的类中。例如,在实现不同的排序算法时可以使用策略模式。
职责链模式:
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收者之间的耦合。例如,在实现日志记录或请求处理时可以使用职责链模式。
迭代器模式:
提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素,而又不暴露其内部的表示。例如,在实现集合类的遍历时可以使用迭代器模式。
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。例如,在实现一个状态机时可以使用状态模式。
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。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。例如,在实现一个图形编辑软件时可以使用访问者模式。
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。例如,在实现撤销/重做功能时可以使用备忘录模式。
命令模式:
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。例如,在实现一个命令行工具时可以使用命令模式。
解释器