什么是設(shè)計(jì)模式
每一個(gè)描述了一個(gè)在我們周圍不斷重復(fù)發(fā)生的問題，以及該問題的核心解決方案猿妈。這樣别渔，你就能一次又一次地使用該方案而不必做重復(fù)勞動(dòng)。
——Christopher Alexander
對(duì)于我們處理工作中的實(shí)際問題的時(shí)候匾灶，其實(shí)絕大多數(shù)的問題都是呈一定的模式重復(fù)出現(xiàn)的藤违，如果不使用設(shè)計(jì)模式忽你，那么我們?cè)谔幚韱栴}的時(shí)候俯抖，不得不一遍又一遍重復(fù)做著類似的工作，不但浪費(fèi)了大量的精力哩治，同時(shí)也更是一種極度讓人煩躁的事。
那么面向?qū)ο罂梢詭臀覀児?jié)省大量的精力來不必要每次都重頭開始處理那些差不多的問題衬鱼，在真正的開始面對(duì)設(shè)計(jì)模式之前业筏，那么我們得要先從對(duì)象說起。
之前我的文章里面談到了我關(guān)于對(duì)象理解鸟赫，對(duì)象其實(shí)是一種人類解釋現(xiàn)實(shí)世界的通用規(guī)則蒜胖。其實(shí)用好對(duì)象的核心思想就是不斷的學(xué)著像解釋理解這個(gè)世界一樣，來不斷地抽象的看待這個(gè)世界抛蚤，并用代碼來講關(guān)于世界的故事台谢。
在此，我不想過多地談我過去我寫過的東西（如果感興趣可以查看之前的文章）岁经，畢竟這就是一種無趣的重復(fù)勞動(dòng)朋沮，實(shí)在讓人感覺提不起精神。但是缀壤，既然說道了面向?qū)ο蠓兀敲矗@其中不得不提那么幾句塘慕，這里我會(huì)盡量不炒冷飯骑脱。
抽象到底有多厲害？苍糠！
其實(shí)人類在認(rèn)識(shí)世界的過程中，最大的特點(diǎn)也是現(xiàn)在最火熱的機(jī)器學(xué)習(xí)啤誊、人工智能岳瞭、深度學(xué)習(xí)這些目前應(yīng)該是最火熱的前沿技術(shù)希望得到的一種能力，其實(shí)就是抽象的能力蚊锹。
我還是那我這條故事狗最喜愛的舉例子的動(dòng)物瞳筏，貓咪來說，就像上圖的貓咪牡昆，對(duì)于人類的孩子來說姚炕，只需要告訴他其中的某一個(gè)貓咪，這個(gè)是叫做貓咪丢烘，那么當(dāng)他看到其他的八成是能夠認(rèn)識(shí)的（估計(jì)遇到上圖中的第一個(gè)柱宦，孩子認(rèn)不出來也正常）。這些貓?jiān)谌祟惪匆谎劭慈ト际且粯拥牟ネ灰粯拥氖羌?xì)節(jié)問題掸刊，比如這是一只瘦貓，這是一只肥貓赢乓，這是花貓忧侧，這是白貓石窑、黑貓等等等。即使僅僅聽到一聲喵也就知道一定有貓的存在蚓炬。對(duì)于人來說松逊，貓是一個(gè)大類，每只貓都是獨(dú)立的存在肯夏。這時(shí)候看起來经宏，每一只獨(dú)立的貓有些類似于計(jì)算機(jī)的對(duì)象，而貓就類似于一個(gè)類了熄捍。
但是對(duì)于計(jì)算機(jī)來說烛恤，對(duì)象就是內(nèi)存中的一塊空間而已，在這塊內(nèi)存空間里面保存了一些數(shù)據(jù)余耽，通過這些數(shù)據(jù)來解釋了這個(gè)世界缚柏。比如，一只黑色的貓碟贾，眼睛是綠色等等币喧，這些數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存中。也就是其實(shí)每個(gè)對(duì)象他是都是具體的袱耽，而不是抽象的杀餐，他只能表現(xiàn)著一只貓，如果另外一個(gè)貓咪的腳是白色的朱巨，那么數(shù)據(jù)不匹配史翘，就應(yīng)該是另外一個(gè)對(duì)象。所以其實(shí)對(duì)象對(duì)于人類世界來說就是不同的個(gè)體冀续，每個(gè)個(gè)體都應(yīng)該是獨(dú)立的對(duì)象琼讽，因此也有學(xué)著曾經(jīng)提出，將object翻譯為對(duì)象其實(shí)并不合理洪唐，而應(yīng)該翻譯為物體就是這個(gè)道理钻蹬。
如果我們觀察每個(gè)對(duì)象到底是如何構(gòu)成，就像我們?cè)谟懻撘粋€(gè)人是什么性格一樣凭需，其實(shí)這些就相當(dāng)于是底層思維模式问欠，而人類更具備的一種向上抽象的能力。比如看到貓的第一反應(yīng)是貓粒蜈，而之后才會(huì)是他的毛色等等具體的特征顺献。
而面向?qū)ο蟮倪^程，其實(shí)就是希望模擬人類這樣一種抽象的思維薪伏，通過抽象思維來解釋這樣的世界滚澜。
而為了更好的能夠用計(jì)算機(jī)解釋好這個(gè)世界，程序員必須要有一套很好的抽象思維。
那么设捐，抽象思維在幫我們更好的解釋這個(gè)世界的同時(shí)借浊，他還會(huì)給我們帶來其他的幫助嗎？對(duì)于軟件設(shè)計(jì)的來說萝招，最為頭疼的地方就是蚂斤，他無時(shí)無刻不再面對(duì)者一個(gè)次——變化。不論從客戶的需求層面槐沼、技術(shù)平臺(tái)層面曙蒸、開發(fā)團(tuán)隊(duì)層面還是市場(chǎng)環(huán)境層面，都在面對(duì)著巨大的變化岗钩。而對(duì)應(yīng)著每次變化纽窟，那么就需要面對(duì)代碼的變更，這些變化會(huì)摧毀代碼的體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)兼吓。
那么為了解決遇到問題的復(fù)雜性臂港，我們通常會(huì)用兩種方式來解決，一種是把分解视搏，另外一種是抽象审孽。
對(duì)于分解來說，其實(shí)就是分而治之浑娜，把大問題不斷的劃分為一個(gè)又一個(gè)的小問題佑力，通過解決分解開的每一個(gè)小問題來解決整體的大問題。也就是不斷的分工筋遭，各司其職來解決問題打颤。
對(duì)于抽象來說，屬于更高的層次漓滔，這其實(shí)是一種解決問題的通用技術(shù)瘸洛。由于抽象就是不具體，不能掌握全部的復(fù)雜對(duì)象次和，所以也就忽視了大量的細(xì)節(jié)，而抓住一些主要細(xì)節(jié)那伐，如果我們過于具體踏施，對(duì)于中學(xué)所學(xué)習(xí)的物理就是難以進(jìn)行的，因?yàn)槲覀兌贾篮毖袑W(xué)的物理都建立在一套幾乎完全理想化的條件下畅形，比如摩擦力不變，空氣沒有阻力诉探，溫度不影響某一個(gè)參數(shù)的變化等等日熬。這樣抽象的結(jié)果，也是為了方便我們來解決主要的問題肾胯，而不至于陷入到細(xì)節(jié)的泥潭里無法自拔竖席。
對(duì)于所有的軟件思想都必須要落實(shí)在具體代碼實(shí)現(xiàn)上耘纱，所以，還是落在一些偽碼的描述層面來解釋抽象思維的好處和優(yōu)點(diǎn)毕荐。
那么先來看看這樣一段偽碼描述吧束析，它希望表達(dá)的是一種分而治之的思想，模擬了一套類似圖形繪制軟件的代碼憎亚。
class Point{
public:
int x;
int y;
};
class Line{
public:
Point start;
Point end;
Line(const Point& start, const Point& end){
this->start = start;
this->end = end;
}
};
class Rect{
public:
Point leftUp;
int width;
int height;
Rect(const Point& leftUp, int width, int height){
this->leftUp = leftUp;
this->width = width;
this->height = height;
}
};
class MainForm : public Form {
private:
Point p1;
Point p2;
vector<Line> lineVector;
vector<Rect> rectVector;
public:
MainForm(){
//...
}
protected:
virtual void OnMouseDown(const MouseEventArgs& e);
virtual void OnMouseUp(const MouseEventArgs& e);
virtual void OnPaint(const PaintEventArgs& e);
};
void MainForm::OnMouseDown(const MouseEventArgs& e){
p1.x = e.X;
p1.y = e.Y;
//...
Form::OnMouseDown(e);
}
void MainForm::OnMouseUp(const MouseEventArgs& e){
p2.x = e.X;
p2.y = e.Y;
if (rdoLine.Checked){
Line line(p1, p2);
lineVector.push_back(line);
}
else if (rdoRect.Checked){
int width = abs(p2.x - p1.x);
int height = abs(p2.y - p1.y);
Rect rect(p1, width, height);
rectVector.push_back(rect);
}
//...
this->Refresh();
Form::OnMouseUp(e);
}
void MainForm::OnPaint(const PaintEventArgs& e){
//針對(duì)直線
for (int i = 0; i < lineVector.size(); i++){
e.Graphics.DrawLine(Pens.Red,
lineVector[i].start.x,
lineVector[i].start.y,
lineVector[i].end.x,
lineVector[i].end.y);
}
//針對(duì)矩形
for (int i = 0; i < rectVector.size(); i++){
e.Graphics.DrawRectangle(Pens.Red,
rectVector[i].leftUp,
rectVector[i].width,
rectVector[i].height);
}
//...
Form::OnPaint(e);
}
上面這個(gè)偽代碼可以用來解決一些圖形的繪制员寇，比如矩形，直線和點(diǎn)的形狀第美。在MainForm的類里面對(duì)顯示界面的每個(gè)形狀都進(jìn)行了維護(hù)和處理蝶锋。
但是現(xiàn)在會(huì)遇到一個(gè)很嚴(yán)重的問題，那就是什往，我們的偽代碼只能解決矩形和線的問題扳缕，我們應(yīng)該如何來繪制一個(gè)圓呢，以上的代碼并不能直接來解決恶守。也就是這時(shí)候我們遇到了一個(gè)變化第献，這個(gè)代碼會(huì)發(fā)生什么變化呢？
class Point{
public:
int x;
int y;
};
class Line{
public:
Point start;
Point end;
Line(const Point& start, const Point& end){
this->start = start;
this->end = end;
}
};
class Rect{
public:
Point leftUp;
int width;
int height;
Rect(const Point& leftUp, int width, int height){
this->leftUp = leftUp;
this->width = width;
this->height = height;
}
};
//增加
class Circle{
};
class MainForm : public Form {
private:
Point p1;
Point p2;
vector<Line> lineVector;
vector<Rect> rectVector;
//改變
vector<Circle> circleVector;
public:
MainForm(){
//...
}
protected:
virtual void OnMouseDown(const MouseEventArgs& e);
virtual void OnMouseUp(const MouseEventArgs& e);
virtual void OnPaint(const PaintEventArgs& e);
};
void MainForm::OnMouseDown(const MouseEventArgs& e){
p1.x = e.X;
p1.y = e.Y;
//...
Form::OnMouseDown(e);
}
void MainForm::OnMouseUp(const MouseEventArgs& e){
p2.x = e.X;
p2.y = e.Y;
if (rdoLine.Checked){
Line line(p1, p2);
lineVector.push_back(line);
}
else if (rdoRect.Checked){
int width = abs(p2.x - p1.x);
int height = abs(p2.y - p1.y);
Rect rect(p1, width, height);
rectVector.push_back(rect);
}
//改變
else if (...){
//...
circleVector.push_back(circle);
}
//...
this->Refresh();
Form::OnMouseUp(e);
}
void MainForm::OnPaint(const PaintEventArgs& e){
//針對(duì)直線
for (int i = 0; i < lineVector.size(); i++){
e.Graphics.DrawLine(Pens.Red,
lineVector[i].start.x,
lineVector[i].start.y,
lineVector[i].end.x,
lineVector[i].end.y);
}
//針對(duì)矩形
for (int i = 0; i < rectVector.size(); i++){
e.Graphics.DrawRectangle(Pens.Red,
rectVector[i].leftUp,
rectVector[i].width,
rectVector[i].height);
}
//改變
//針對(duì)圓形
for (int i = 0; i < circleVector.size(); i++){
e.Graphics.DrawCircle(Pens.Red,
circleVector[i]);
}
//...
Form::OnPaint(e);
}
假設(shè)以上的偽碼已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)圓形的功能的擴(kuò)展兔港，那么在擴(kuò)展的過程中遇到了什么問題嗎庸毫？其實(shí)問題還是很明顯的，就是我們需要改變的地方非常的零散衫樊，不但需要添加一個(gè)Circle的類飒赃，還需要在MainForm中進(jìn)行業(yè)務(wù)的修改，通過這些修改才能改完成圓形功能的擴(kuò)展科侈。而如果站在軟件工程的角度上來看载佳，對(duì)于修改過的部分都需要在重新測(cè)試等一些列的操作，其實(shí)對(duì)于功能擴(kuò)充來說其實(shí)面對(duì)著后期大量的工作臀栈。這對(duì)于我們管理和維護(hù)我們的代碼是相當(dāng)不利的蔫慧。同時(shí)對(duì)于多人的協(xié)作也是不利的，每個(gè)人修改完代碼权薯，還需要通知另外的人也需要修改代碼姑躲，這不但不方便，同時(shí)也增加了團(tuán)隊(duì)出錯(cuò)的概率盟蚣。
如果有一種方法黍析，在我們遇到擴(kuò)展的時(shí)候，只需要 增加我們的擴(kuò)展內(nèi)容屎开，而不修改之前我們代碼就好了阐枣。那么我們先來看看關(guān)于抽象的設(shè)計(jì)思路吧。
class Shape{
public:
virtual void Draw(const Graphics& g)=0;
virtual ~Shape() { }
};
class Point{
public:
int x;
int y;
};
class Line: public Shape{
public:
Point start;
Point end;
Line(const Point& start, const Point& end){
this->start = start;
this->end = end;
}
//實(shí)現(xiàn)自己的Draw，負(fù)責(zé)畫自己
virtual void Draw(const Graphics& g){
g.DrawLine(Pens.Red,
start.x, start.y,end.x, end.y);
}
};
class Rect: public Shape{
public:
Point leftUp;
int width;
int height;
Rect(const Point& leftUp, int width, int height){
this->leftUp = leftUp;
this->width = width;
this->height = height;
}
//實(shí)現(xiàn)自己的Draw蔼两，負(fù)責(zé)畫自己
virtual void Draw(const Graphics& g){
g.DrawRectangle(Pens.Red,
leftUp,width,height);
}
};
class MainForm : public Form {
private:
Point p1;
Point p2;
//針對(duì)所有形狀
vector<Shape*> shapeVector;
public:
MainForm(){
//...
}
protected:
virtual void OnMouseDown(const MouseEventArgs& e);
virtual void OnMouseUp(const MouseEventArgs& e);
virtual void OnPaint(const PaintEventArgs& e);
};
void MainForm::OnMouseDown(const MouseEventArgs& e){
p1.x = e.X;
p1.y = e.Y;
//...
Form::OnMouseDown(e);
}
void MainForm::OnMouseUp(const MouseEventArgs& e){
p2.x = e.X;
p2.y = e.Y;
if (rdoLine.Checked){
shapeVector.push_back(new Line(p1,p2));
}
else if (rdoRect.Checked){
int width = abs(p2.x - p1.x);
int height = abs(p2.y - p1.y);
shapeVector.push_back(new Rect(p1, width, height));
}
else if (...){
//...
shapeVector.push_back(circle);
}
//...
this->Refresh();
Form::OnMouseUp(e);
}
void MainForm::OnPaint(const PaintEventArgs& e){
//針對(duì)所有形狀
for (int i = 0; i < shapeVector.size(); i++){
shapeVector[i]->Draw(e.Graphics); //多態(tài)調(diào)用甩鳄，各負(fù)其責(zé)
}
//...
Form::OnPaint(e);
}
對(duì)以上的代碼，可以看出宪哩，對(duì)于每個(gè)形狀娩贷，都增加了一個(gè)共同的父類Shape，同時(shí)對(duì)于圖形來說應(yīng)該如何繪制自己的這樣的形狀的函數(shù)都是由自己來實(shí)現(xiàn)的（Draw(...)函數(shù)）锁孟。對(duì)于MainForm來說他管理的容器也發(fā)生了改變彬祖，只需要管理Shape的指針，而不再具體管理某一個(gè)具體的形狀品抽，實(shí)現(xiàn)了一次向上抽象的管理储笑。同時(shí)onPaint的方法來說，也不在直接管理繪制的問題圆恤，而是調(diào)用了Shape中的虛函數(shù)Draw突倍，通過多態(tài)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)了MainForm來調(diào)用了自己繪制自己的方法。
假設(shè)現(xiàn)在在這個(gè)架構(gòu)中需要增加一個(gè)圓形的畫法盆昙。那么代碼會(huì)發(fā)生以下的變化羽历。
class Shape{
public:
virtual void Draw(const Graphics& g)=0;
virtual ~Shape() { }
};
class Point{
public:
int x;
int y;
};
class Line: public Shape{
public:
Point start;
Point end;
Line(const Point& start, const Point& end){
this->start = start;
this->end = end;
}
//實(shí)現(xiàn)自己的Draw，負(fù)責(zé)畫自己
virtual void Draw(const Graphics& g){
g.DrawLine(Pens.Red,
start.x, start.y,end.x, end.y);
}
};
class Rect: public Shape{
public:
Point leftUp;
int width;
int height;
Rect(const Point& leftUp, int width, int height){
this->leftUp = leftUp;
this->width = width;
this->height = height;
}
//實(shí)現(xiàn)自己的Draw淡喜，負(fù)責(zé)畫自己
virtual void Draw(const Graphics& g){
g.DrawRectangle(Pens.Red,
leftUp,width,height);
}
};
//增加
class Circle : public Shape{
public:
//實(shí)現(xiàn)自己的Draw秕磷，負(fù)責(zé)畫自己
virtual void Draw(const Graphics& g){
g.DrawCircle(Pens.Red,
...);
}
};
class MainForm : public Form {
private:
Point p1;
Point p2;
//針對(duì)所有形狀
vector<Shape*> shapeVector;
public:
MainForm(){
//...
}
protected:
virtual void OnMouseDown(const MouseEventArgs& e);
virtual void OnMouseUp(const MouseEventArgs& e);
virtual void OnPaint(const PaintEventArgs& e);
};
void MainForm::OnMouseDown(const MouseEventArgs& e){
p1.x = e.X;
p1.y = e.Y;
//...
Form::OnMouseDown(e);
}
void MainForm::OnMouseUp(const MouseEventArgs& e){
p2.x = e.X;
p2.y = e.Y;
if (rdoLine.Checked){
shapeVector.push_back(new Line(p1,p2));
}
else if (rdoRect.Checked){
int width = abs(p2.x - p1.x);
int height = abs(p2.y - p1.y);
shapeVector.push_back(new Rect(p1, width, height));
}
//改變
else if (...){
//...
shapeVector.push_back(circle);
}
//...
this->Refresh();
Form::OnMouseUp(e);
}
void MainForm::OnPaint(const PaintEventArgs& e){
//針對(duì)所有形狀
for (int i = 0; i < shapeVector.size(); i++){
shapeVector[i]->Draw(e.Graphics); //多態(tài)調(diào)用，各負(fù)其責(zé)
}
//...
Form::OnPaint(e);
}
由以上的代碼可以看出炼团，變化的部分澎嚣，不會(huì)有之前的代碼變化的部分那么零散，不需要在各種地方做改變瘟芝，那么也正是由于這樣的抽象的思想易桃，使得代碼的變更更加容易，重用性得到了提升锌俱。
什么是好的軟件設(shè)計(jì)呢晤郑？軟件設(shè)計(jì)的金科玉律：復(fù)用
面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)到底有沒有什么原則呢？
變化是復(fù)用最大的天敵贸宏！面向?qū)ο蟮淖畲髢?yōu)勢(shì)就在于：抵御變化贩汉。
面向?qū)ο蟮脑瓌t
- 依賴倒置原則（DIP）
高層模塊（穩(wěn)定的）不應(yīng)該依賴于低層模塊（容易變化的），二者都應(yīng)該依賴于抽象（穩(wěn)定的）
抽象（穩(wěn)定的）不應(yīng)該依賴于實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)（容易變化的）锚赤，實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)應(yīng)該依賴于抽象（穩(wěn)定的）
-
開放封閉原則（OCP）
- 對(duì)擴(kuò)展開放，對(duì)更改封閉
- 模塊應(yīng)該是可擴(kuò)展的褐鸥，但是不可修改
-
單一指責(zé)原則（SRP）
- 一個(gè)類應(yīng)該僅有一個(gè)引起它變化的原因
- 變化的方向隱含著類的責(zé)任
-
Liskov替換原則（LSP）
- 子類必須能夠替換他們的基類（is-a）
- 集成表達(dá)抽血類型
-
接口隔離原則（ISP）
- 不應(yīng)該強(qiáng)迫客戶程序依賴他們不用的方法
- 接口應(yīng)該小而完備
-
優(yōu)先使用對(duì)象組合线脚，而不是類繼承
- 類繼承通常為“白盒復(fù)用”，對(duì)象組合通常為“黑箱復(fù)用”
- 繼承在某種程度上破壞了封裝性，子類父類耦合度高
- 而對(duì)象組合則只要求被組合的對(duì)象具有良好定義的接口浑侥，耦合度低
-
封裝變化點(diǎn)
- 使用封裝來創(chuàng)建對(duì)象之間的分界層姊舵，讓設(shè)計(jì)者可以在分界層的一側(cè)進(jìn)行修改，而不會(huì)對(duì)另一側(cè)產(chǎn)生不良的影響寓落，從而實(shí)現(xiàn)層次間的松耦合
-
針對(duì)接口編程括丁，而不是針對(duì)實(shí)現(xiàn)編程
- 不講變量類型聲明為某個(gè)特定的具體類，而是聲明為某個(gè)接口
- 客戶程序無需獲知對(duì)象的具體類型伶选，只需要知道對(duì)象所具有的接口
- 減少系統(tǒng)中個(gè)部分的依賴關(guān)系史飞，從而實(shí)現(xiàn)“高內(nèi)聚、松耦合”的類型設(shè)計(jì)方案
產(chǎn)業(yè)強(qiáng)盛的標(biāo)志：接口的標(biāo)準(zhǔn)化
GOF-23模式分類
- 從目的分
- 創(chuàng)建型（Creational）模式
將對(duì)象仰税，從而對(duì)應(yīng)需求變化為對(duì)象創(chuàng)建時(shí)具體類型的實(shí)現(xiàn)引來的沖擊构资。
- 結(jié)構(gòu)型（Structural）模式
通過類繼承或者對(duì)象組合的方式來獲得更靈活的結(jié)構(gòu)，從而應(yīng)對(duì)需求變化為對(duì)象的結(jié)構(gòu)帶來的沖擊 - 行為型（Behavioral）模式
通過類繼承或者對(duì)象組合的方式陨簇，來劃分類與對(duì)象的指責(zé)吐绵，從而應(yīng)對(duì)需求變化為多個(gè)交互的對(duì)象帶來的沖擊。
- 創(chuàng)建型（Creational）模式
- 從范圍來看
- 類模式處理與子類的靜態(tài)關(guān)系
- 對(duì)象模式處理間的動(dòng)態(tài)關(guān)系
