理解23种设计模式如何体现面向对象(OOP)思想,能帮助我们在设计和编码时更好地运用这些模式。下面我将这些设计模式按类型分类,并说明它们如何体现了OOP的核心理念。
一、设计模式及其OOP思想
下面是23种设计模式及其体现的OOP思想的汇总表:
| 模式类型 | 设计模式 | 核心OOP思想体现 | 简要说明 |
|---|---|---|---|
| 创建型 | 单例 (Singleton) | 封装(控制实例创建)、单一职责(保证一个类仅有一个实例) | 确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。 |
| 原型 (Prototype) | 封装(隐藏对象创建细节) | 用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这个原型来创建新的对象。 | |
| 工厂方法 (Factory Method) | 多态(子类决定创建对象)、依赖倒置(依赖抽象而非具体类) | 定义一个创建对象的接口,但由子类决定要实例化的类是哪一个。 | |
| 抽象工厂 (Abstract Factory) | 封装(封装产品族创建)、多态(不同工厂生产不同产品) | 提供一个接口,用于创建相关或依赖对象的家族,而不需要明确指定具体类。 | |
| 建造者 (Builder) | 封装(分步构建复杂对象)、单一职责(将构造代码与表示代码分离) | 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。 | |
| 结构型 | 适配器 (Adapter) | 组合(对象适配器)、多态(适配目标接口) | 将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。 |
| 桥接 (Bridge) | 组合(代替继承)、抽象与实现分离 | 将抽象部分与它的实现部分分离,使它们都可以独立地变化。 | |
| 组合 (Composite) | 递归组合(部分-整体层次结构)、多态(统一处理单个对象和组合对象) | 将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。 | |
| 装饰器 (Decorator) | 组合(动态添加功能)、开闭原则(扩展开放,修改关闭) | 动态地给一个对象添加一些额外的职责。 | |
| 外观 (Facade) | 封装(简化子系统接口)、迪米特法则(减少客户端与子系统的耦合) | 提供了一个统一的接口,用来访问子系统中的一群接口。 | |
| 享元 (Flyweight) | 封装(共享细粒度对象)、节省资源 | 运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。 | |
| 代理 (Proxy) | 封装(控制访问)、间接性 | 为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。 | |
| 行为型 | 职责链 (Chain of Responsibility) | 低耦合(解耦发送者和接收者) | 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关系。 |
| 命令 (Command) | 封装(将请求封装为对象)、单一职责(解耦触发和执行) | 将一个请求封装成一个对象,从而使你可以用不同的请求对客户进行参数化。 | |
| 解释器 (Interpreter) | 封装(封装语言规则)、单一职责(文法规则表示) | 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。 | |
| 迭代器 (Iterator) | 封装(封装遍历细节)、单一职责(分离集合结构与遍历算法) | 提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素,而又不暴露该对象的内部表示。 | |
| 中介者 (Mediator) | 迪米特法则(减少对象间直接通信)、封装(集中控制交互) | 用一个中介对象来封装一系列的对象交互。 | |
| 备忘录 (Memento) | 封装(捕获并外部化对象状态)、信息隐藏(原发器之外的对象不能访问备忘录内部状态) | 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。 | |
| 观察者 (Observer) | 抽象耦合(主题和观察者依赖抽象)、开闭原则(易于增加新观察者) | 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被自动更新。 | |
| 状态 (State) | 封装(状态行为局部化)、多态(不同状态不同行为) | 允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。 | |
| 策略 (Strategy) | 封装(封装算法)、多态(可互换的算法)、开闭原则(易于增加新策略) | 定义一系列的算法,把它们一个个封装起来,并且使它们可相互替换。 | |
| 模板方法 (Template Method) | 封装(固定算法骨架)、多态(子类重定义步骤) | 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。 | |
| 访问者 (Visitor) | 开闭原则(易于增加新操作)、双重分发 | 表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。 |
二、理解设计模式与OOP原则
设计模式是面向对象设计原则的具体体现和成功应用。它们不是语法规定,而是一套用来提高代码可复用性、可读性、可维护性、稳健性及安全性的解决方案。
常见的OOP原则(如SOLID)是许多设计模式的基础:
- 开闭原则:对扩展开放,对修改关闭。策略模式、装饰器模式、观察者模式等都很好地体现了这一原则。
- 依赖倒置原则:高层模块不应该依赖低层模块,二者都应该依赖于抽象。工厂方法模式、抽象工厂模式是这一原则的典型应用。
- 单一职责原则:一个类应该只有一个引起变化的原因。许多模式如命令模式、迭代器模式都遵循了这一原则。
- 里氏替换原则:子类必须能够替换掉它们的父类型。这是实现多态的基础,几乎所有基于继承的模式都隐含此原则。
- 接口隔离原则:使用多个专门的接口,而不使用单一的总接口。这有助于避免“胖接口”问题。
- 迪米特法则(最少知识原则):一个对象应该对其他对象有最少的了解。外观模式、中介者模式是这一法则的直接体现。
- 合成复用原则:尽量使用对象组合/聚合,而不是继承来达到复用的目的。桥接模式、组合模式、装饰器模式等都优先使用组合。
三、运用设计模式的注意事项
- 理解优于记忆:不要死记硬背23种模式。理解其意图、解决的问题以及优缺点更重要。
- 原则指导模式:深刻理解OOP设计原则,它们能指导你何时该使用何种模式,甚至是在没有现成模式可用时自己做出良好的设计。
- 过度设计是陷阱:不要为了使用模式而使用模式。简单的需求如果直接编码就能清晰明了,强行套用模式反而会让代码变得复杂难懂。模式是为了应对变化和复杂性而生的。
- 组合使用:在实际系统中,通常会是多种设计模式组合使用,共同构建一个灵活、可维护的架构。
希望这份详细的说明能帮助你建立起设计模式与OOP思想之间的清晰联系。理解和掌握这些模式的最佳方式就是在实践中不断思考和运用。