設(shè)計模式及如何選擇設(shè)計模式

陳小麗

摘 要：針對當(dāng)前軟件行業(yè)普遍借鑒的設(shè)計模式，提出了如何選擇設(shè)計模式，討論了設(shè)計原則。

關(guān)鍵詞：設(shè)計模式；設(shè)計原則；設(shè)計模式的選擇

設(shè)計模式是面向?qū)ο蠹夹g(shù)的最新進展之一，它針對不斷重復(fù)出現(xiàn)的問題，能夠復(fù)用已有的、優(yōu)秀的解決方案，因此提高了軟件開發(fā)質(zhì)量和代碼重用性。

1 設(shè)計模式概念

設(shè)計模式是“對一些經(jīng)過定制、能相互通信的對象和類的描述，用來解決特定場景下某個普遍的設(shè)計問題。”GOF經(jīng)典設(shè)計模式使用類圖、對象圖、交互圖等顯示類與對象之間的關(guān)系和通信。其中類圖用來描述各個類、類的結(jié)構(gòu)以及它們之間的關(guān)系，對象圖描述對象結(jié)構(gòu)，而交互圖描述的是對象間發(fā)生關(guān)系的流程。

設(shè)計模式種類眾多，在GOF經(jīng)典設(shè)計模式中，達23種之多，設(shè)計模式分類主要是根據(jù)目的準(zhǔn)則和范圍準(zhǔn)則。目的準(zhǔn)則說明模式是用來完成什么工作的，根據(jù)目的準(zhǔn)則，模式可分為三種：（1）創(chuàng)建型：設(shè)計模式與對象創(chuàng)建無關(guān)，把對象的創(chuàng)建和其它部分的代碼分離，從而創(chuàng)建對象會更加靈活。例如設(shè)計模式中的簡單工廠模式，工廠方法模式，抽象工廠模式，創(chuàng)建者模式，原型模式，單例模式；（2）結(jié)構(gòu)型：模式結(jié)構(gòu)清晰，主要處理類或?qū)ο蟮慕M合，但是模式的每一部分的結(jié)構(gòu)都專門負責(zé)完成某一職責(zé)。例如設(shè)計模式中的外觀模式，適配器模式，代理模式，裝飾模式，橋模式，組合模式，享元模式；（3）行為型：行為類模式主要描述類或?qū)ο笾g的交互，以及類和對象的主要職責(zé)模板方法模式，觀察者模式，狀態(tài)模式，策略模式，職責(zé)鏈模式，命令模式，訪問者模式，調(diào)停者模式，備忘錄模式，迭代器模式，解釋器模式。范圍準(zhǔn)則關(guān)注模式的制定主要用于類還是對象，其中“類模式”處理類與類之間的繼承關(guān)系，這種關(guān)系是靜態(tài)的，而“對象模式”處理對象之間的關(guān)系，這種關(guān)系是動態(tài)的。設(shè)計模式種類繁多，如何選出一個針對特定設(shè)計問題的模式是十分困難的。因此選擇適合特定設(shè)計問題的設(shè)計模式，是人們比較關(guān)心的問題。

2 設(shè)計模式的選擇

設(shè)計模式是面向?qū)ο蟮母邔哟谓鉀Q方案，它不會過于關(guān)注具體問題的細節(jié)，所以應(yīng)該把現(xiàn)實世界中存在的問題進行抽象，設(shè)計模式在選擇對象和決定對象粒度方面都能起到作用。

⑴選擇合適的對象。設(shè)計模式的對象來源于現(xiàn)實世界的抽象模型，針對具體問題描述，進行抽象，創(chuàng)建類和操作。但是在這些分析模型中得到的一些層次較高或較低的類，在現(xiàn)實世界里并不存在，比如數(shù)組等，設(shè)計模式能夠確定這些在現(xiàn)實世界中找不到的類。

⑵決定對象粒度大小。設(shè)計模式能夠決定對象的大小和數(shù)目，例如，外觀模式能夠使用對象表示完整的子系統(tǒng)，享元模式的對象粒度最小且數(shù)目眾多，抽象工廠模式能夠生產(chǎn)其它對象的對象。這些設(shè)計模式為對象粒度的選擇提供了一定的依據(jù)。每一種設(shè)計模式都是為解決一類問題而出現(xiàn)的，例如：橋接（Bridge）模式屬于結(jié)構(gòu)性模式，其意圖是分離抽象部分和實現(xiàn)部分，使這兩部分相互獨立，不會相互影響；解釋器（Interpreter）模式屬于行為模式，它的意圖是給定一個語言及其語法語義，并定義一個解釋器，用來使用這些語法語義表示這個語言的含義；生成器（Builder）模式屬于創(chuàng)建型模式，它的意圖是把復(fù)雜對象的構(gòu)建和它的表示分開，使得同一個創(chuàng)建過程可以含有不同的表示。只有了解了設(shè)計模式的意圖，才會比較容易地選擇出，適合實際問題的一個或多個設(shè)計模式。

盡管設(shè)計模式在粒度和抽象層次上各不相同，但是它們之間還是具有一些關(guān)聯(lián)，根據(jù)目的和使用范圍不同，對設(shè)計模式進行了分類。分類能夠指導(dǎo)應(yīng)用設(shè)計模式的目的和范圍，目的準(zhǔn)則中的創(chuàng)建型模式與對象的創(chuàng)建有關(guān)，結(jié)構(gòu)性模式關(guān)注于類或者對象的組合，行為性模式描述了類或者對象的交互關(guān)系和職責(zé)分配，范圍準(zhǔn)則是以類和對象來劃分的，類模式是研究類與子類之間的靜態(tài)關(guān)系，而對象模式關(guān)注的是對象之間的動態(tài)關(guān)系。如果確定了業(yè)務(wù)邏輯的目的和元素，就能縮小設(shè)計模式的選擇范圍，能夠快速獲得適合的設(shè)計模式或者模式組。

3 設(shè)計原則

⑴單一職責(zé)原則，即不能存在多于一個導(dǎo)致類變更的原因。簡單的說就是一個類只負責(zé)一項職責(zé)。在軟件設(shè)計中，秉承著“高內(nèi)聚，低耦合”的思想，讓一個類僅負責(zé)一項職責(zé)。

⑵里氏替換原則，如果對每一個類型為T1的對象o1，都有類型為T2的對象o2，使得以T1定義的所有程序P在所有的對象o1都換成o2時，程序P的行為沒有變化，那么類型T2是類型T1的子類型。包含4層含義：①子類可以實現(xiàn)父類的抽象方法，但是不能覆蓋父類的非抽象方法。②子類可以實現(xiàn)父類的抽象方法，但是不能覆蓋父類的非抽象方法。③當(dāng)子類覆蓋或?qū)崿F(xiàn)父類的方法時，方法的前置條件（即方法的形參）要比父類方法的輸入?yún)?shù)更寬松。④當(dāng)子類覆蓋或?qū)崿F(xiàn)父類的方法時，方法的前置條件（即方法的形參）要比父類方法的輸入?yún)?shù)更寬松。

⑶依賴倒置原則，高層模塊不應(yīng)該依賴低層模塊，兩者都應(yīng)該依賴其抽象，抽象不應(yīng)該依賴細節(jié)，細節(jié)應(yīng)該依賴抽象。

⑷接口隔離原則，接口中的方法應(yīng)該盡量少，不要使接口過于臃腫，不要有很多不相關(guān)的邏輯方法。

總之，原則是前人經(jīng)驗的總結(jié)，在軟件設(shè)計中具有一定的指導(dǎo)作用，但是不能完全照搬這些原則。對于接口隔離原則來說，接口盡量小，但是也要有限度。對接口進行細化可以提高程序設(shè)計靈活性是不爭的事實，但是如果過小，則會造成接口數(shù)量過多，使設(shè)計復(fù)雜化，所以一定要適度。

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