chapter09_GoF设计模式_结构型模式3
UML-GoF设计模式
UML-GoF设计模式我认为，本章是重点中的重点。
并⾮23个模式都被⼴泛应⽤，其中常⽤和最为有效的⼤概有15个模式。
1、适配器（Adapter）1）、使⽤场景使⽤⼀个已经存在的类，但如果他的接⼝，也就是他的⽅法和你的要求不相同时，考虑使⽤是适配器模式。
就是说，双⽅都不修改⾃⼰的代码的时候，可以采⽤适配器模式。
2）、结构图3）、相关模式外观对象：隐藏外部系统的资源适配器也被视为外观对象，因为资源适配器使⽤单⼀对象封装了对⼦系统或系统的访问。
资源适配器：当包装对象时为不同外部接⼝提供适配时，该对象叫资源适配器4）、准则类名后缀为“Adapter”。
5）、⽤到的GRASP原则2、⼯⼚模式1）、使⽤场景该模式也常称为“简单⼯⼚”或“具体⼯⼚”。
如：1）、存在复杂创建逻辑2）、为提⾼内聚⽽分离创建者职责（关注点分离）因此，创建称为⼯⼚的纯虚构对象来处理这些创建职责。
2）、结构⼀般xxxFactory应该是单实例类。
3）、相关模式通常使⽤单例模式来访问⼯⼚模式。
由谁创建⼯⼚呢？⼀般采⽤单例模式。
3、单例模式1）、使⽤场景只有唯⼀实例的类即为“单实例类”。
对象需要全局可见性和单点访问。
因此，建议对类定义静态⽅法⽤以返回单实例。
2）、相关模式单例模式：通常⽤于创建⼯⼚对象和外观对象以上整合例⼦：4、策略模式1）、使⽤场景销售的定价策略（也可叫做规则、政策或算法）具有多样性。
在⼀段时间内，对于所有的销售可能会有10%的折扣，后期可能会对超出200元的销售给予10%的折扣，并且还会存在其他⼤量的变化。
因此，在单独的类中分别定义每种策略/规则/政策/算法，并且使其具有共同接⼝。
2 ）、结构策略模式，共同的⽅法内传⼊的参数，通常是上下⽂对象，上图就是sale。
3）、结合⼯⼚模式1）、使⽤⼯⼚模式创建这些策略类2）、使⽤单例模式创建⼯⼚类。
5、组合模式1）、使⽤场景如果有重叠怎么办？⽐如：1）⽼年⼈折扣20%2）购物⾦额满200元享受15%折扣因此，如何能够处理像原⼦对象⼀样，（多态的）处理⼀组对象或具有组合结构的对象呢？答：定义组合和原⼦对象的类，使他们具有相同的接⼝。
GOF以及JAVA的23种设计模式简介
GOF以及java的23种设计模式简介GoF:（Gang of Four，GOF设计模式）---四人组Design Patterns:Elements of Reusable Object-Oriented Software（即后述《设计模式》一书），由Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和John Vlissides合著（Addison-Wesley，1995）。
这几位作者常被称为"四人组（Gang of Four）"，而这本书也就被称为"四人组（或GoF）"书。
Design Patterns:Elements of Reusable Object-Oriented Software（即后述《设计模式》一书），由Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和John Vlissides合著（Addison-Wesley，1995）。
这几位作者常被称为“四人组（Gang of Four）”，而这本书也就被称为“四人组（或GoF）”书。
在《设计模式》这本书的最大部分是一个目录，该目录列举并描述了23种设计模式。
另外，近来这一清单又增加了一些类别，最重要的是使涵盖范围扩展到更具体的问题类型。
例如，Mark Grand在Patterns in Java:A Catalog of Reusable Design Patterns Illustrated with UML（即后述《模式Java版》一书）中增加了解决涉及诸如并发等问题的模式，而由Deepak Alur、John Crupi和Dan Malks合著的Core J2EE Patterns:Best Practices and Design Strategies一书中主要关注使用Java2企业技术的多层应用程序上的模式。
对软件设计模式的研究造就了一本可能是面向对象设计方面最有影响的书籍：《设计模式》。
面向对象程序设计中的GOF设计模式研究
面向对象程序设计中的GOF设计模式研究在现代软件开发中，面向对象编程是一种非常流行的编程范式，它把现实世界中的事物看作是对象，并且把这些对象组合成一个完整的系统。
GOF设计模式是一种基于面向对象编程思想的软件设计模式，它帮助程序员更好地组织软件架构，提高代码的可维护性和可扩展性。
本文将探讨GOF设计模式在面向对象程序设计中的运用及优势。
一、GOF设计模式是什么？GOF是四位著名的软件工程师Erich Gamma，Richard Helm，Ralph Johnson和John Vlissides的姓氏的首字母缩写，他们在1995年发表了一本名为《设计模式：可重用面向对象软件的基础》的书。
这本书是软件行业中重要的著作之一，其中提供了23种常用的设计模式。
GOF设计模式是一种面向对象编程思想的软件设计模式，它是建立在OOP思想基础上的。
GOF设计模式为软件开发人员提供了一种通用的解决方案，以解决不同类型的问题。
这些模式通常被分类为三类：创建型，结构型和行为型。
二、GOF设计模式的分类及用途1、创建型设计模式创建型设计模式是用来解决创建对象的问题。
例如，如何创建对象，以及何时和如何初始化对象。
共有五种创建型模式，分别是：单例模式(Singleton Pattern)：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
工厂模式(Factory Pattern)：为创建对象定义一个接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个。
工厂方法让类把实例化推迟到子类。
抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern)：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。
原型模式(Prototype Pattern)：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型来创建新的对象。
建造者模式(Builder Pattern)：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。
GOF的23种设计模式
GOF的23种设计模式一、创建型模式Abstract Factory：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。
Builder：将一个复杂对象的构件与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表述。
Factory Method：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。
Factory Method使一个类的实例化延迟到其子类。
Prototype：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。
Singleton：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
二、结构型模式Adapter：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。
Adapter模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。
Bridge：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。
Composite：将对象组合成树型结构以表示“部分－整体”的层次结构。
Composite使得客户对单个对象和复合对象的使用具有一致性。
Decorator：动态地给一个对象添加一些额外的职责。
就扩展功能而言，Decorator模式比生成子类方式更为灵活。
Facade：为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，Facade模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。
Flyweight：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。
Proxy：为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。
三、行为型模式Chain of Responsibility：为解除请求的发送者和接受者之间耦合，而使多个对象都有机会处理这个请求。
将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它。
Command：将一个请求封装为一个对象，从而使你可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，以及支持可取消的操作。
Interpreter：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，该解释器使用该表示来解释语言中的句子。
设计模式——结构型模式（包含7种）
设计模式——结构型模式（包含7种）结构型设计模式是从程序的结构上解决模块之间的耦合问题。
包括以下七种模式：1.Adapte适配器模式：Adapter模式通过类的继承或者对象的组合侧重于转换已有的接⼝，类适配器采⽤“多继承”的实现⽅式，带来了不良的⾼耦合，所以⼀般不推荐使⽤。
对象适配器采⽤“对象组合”的⽅式，更符合松耦合精神。
例如：笔记本电源适配器，可以将220v转化为适合笔记本使⽤的电压。
2.Bridge桥接模式：将抽象部分与实现部分分离，使它们都可以独⽴的变化。
减少因变化带来的代码的修改量。
例如：经典例⼦,电灯开关，开关的⽬的是将设备打开或关闭，产⽣的效果不同。
posite组合模式：将对象组合成树形结构以表⽰“部分-整体”的层次结构。
Composite模式使得客户对单个对象和组合对象的使⽤具有⼀致性。
从⽽解决了解决客户程序与复杂对象容器的解耦，即：通过继承统⼀的接⼝，我们可以将容器对象及其⼦对象看成同⼀类对象使⽤，以减少对象使⽤中的复杂度。
例如：让⽤户⼀致地使⽤单个对象和组合对象，1+2和（1+1）+（2*3）都是合法的表达式。
单个与整体都可以进⾏加法运算符的操作。
4.Decorator装饰模式：动态地给⼀个对象添加⼀些额外的职责。
就增加功能来说，Decorator模式相⽐⽣成⼦类更为灵活。
[GOF 《设计模式》]Decorator模式采⽤对象组合⽽⾮继承的⼿法，实现了在运⾏时动态的扩展对象功能的能⼒，⽽且可以根据需要扩展多个功能，避免了单独使⽤继承带来的“灵活性差”和“多⼦类衍⽣问题”。
同时它很好地符合⾯向对象设计原则中“优先使⽤对象组合⽽⾮继承”和“开放-封闭”原则。
例如：⼀幅画，可以直接挂到墙上，也可以加上框架和镶上玻璃后，再挂到墙上。
5.Facade外观模式：为⼦系统中的⼀组接⼝提供⼀个⼀致的界⾯，简化接⼝。
例如：我们拨打10086，可以办理，彩铃，⼿机报，全时通等业务（⼦对象），⽽10086则是为⼦对象所使⽤的⼀致界⾯。
结构型模式
实现要点
1．Adapter模式主要应用于“希望复用一些现存的类，但是接口 又与复用环境要求不一致的情况”，在遗留代码复用、类库迁移等 方面非常有用。 2．Adapter模式有对象适配器和类适配器两种形式的实现结构，但 是类适配器采用“多继承”的实现方式，带来了不良的高耦合，所 以一般不推荐使用。对象适配器采用“对象组合”的方式，更符合 松耦合精神。 3．Adapter模式的实现可以非常的灵活，不必拘泥于GOF23中定 义的两种结构。例如，完全可以将Adapter模式中的“现存对象” 作为新的接口方法参数，来达到适配的目的。 4．Adapter模式本身要求我们尽可能地使用“面向接口的编程”风 格，这样才能在后期很方便的适配。[以上几点引用自MSDN WebCast]
将一个类的接口转换成客户希望的另外 一个接口。Adapter模式使得原本由于接口 不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工 作。 --《设计模式》GOF
结构图(Structure)
生活案例
扳手提供了一个适配器的例子。一个孔 套在棘齿上，棘齿的每个边的尺寸是相同的。 在美国典型的边长为1/2''和1/4''。显然， 如果不使用一个适配器的话，1/2''的棘齿不 能适合1/4''的孔。一个1/2''至1/4''的适配 器具有一个1/2''的阴槽来套上一个1/2''的 齿，同时有一个1/4的阳槽来卡入1/4''的扳 手。
代码演示(Code in .Net)
.NET中的应用
NET中的Adapter模式的应用就是DataAdapter。 为统一的数据访问提供了多个接口和基 类，其中最重要的接口之一是IdataAdapter。与 之相对应的DataAdpter是一个抽象类，它是 与具体数据库操作之间的数据适配器的 基类。DataAdpter起到了数据库到DataSet桥接 器的作用，使应用程序的数据操作统一到DataSet 上，而与具体的数据库类型无关。甚至可以针对特 殊的数据源编制自己的DataAdpter，从而使我们 的应用程序与这些特殊的数据源相兼容。注意这是 一个适配器的变体。
软件设计模式之结构型模式
适用场景
01
02
03
需要动态地添加或删除 功能的情况。
需要灵活地组合和复用 功能的情况。
需要对原有对象进行扩 展，但不希望修改原有
对象代码的情况。
实现方式
定义一个抽象组件接口，规定组件的基本功能。
输标02入题
定义一个具体组件类，实现抽象组件接口，提供具体 功能。
01
03
定义具体装饰器类，继承装饰器抽象类，并实现其方 法。在具体装饰器类中，可以调用被装饰对象的方法，
提高了系统的可扩展性和可复用性。
特点
分离抽象和实现，使它们可以独立变化 。
适用场景
1
当一个类需要同时访问多个接口时，且这些接口 之间存在继承关系。
2
当一个类需要同时访问多个接口，且这些接口之 间存在依赖关系时。
3
当一个类需要同时访问多个接口，且这些接口之 间存在关联关系时。
实现方式
创建抽象接口
定义抽象接口，用于规定具体类的行为。
05
02
桥接模式
将抽象与实现解耦，使它们可以独立变化。
04
装饰器模式
动态地给一个对象添加一些额外的职 责，就增加功能来说，装饰器模式相 比生成子类更为灵活。
06
享元模式
通过共享对象来显著减少系统中对象的数量， 从而显著提高系统性能。
02 适配器模式
定义与特点
01
02
定义：适配器模式是一 种结构型设计模式，它 通过将一个类的接口转 换成客户端所期望的另 一个接口，使得原本由 于接口不兼容而无法协 同工作的类能够一起工 作。
实现步骤
1. 定义抽象组件接口，包括在接口中声明需要 在组合中使用的操作。
2. 创建实现抽象组件接口的叶子节点类和复合 组件类。
gof 23 种设计模式解析附 c语言
gof 23 种设计模式解析附 c语言在计算机科学中，设计模式（Design Patterns）是一套被反复使用的，多数人知道的，经过分类编目的，代码设计经验的总结。
使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。
GoF 23种设计模式是设计模式中最经典和最常用的部分，这些模式主要用于解决特定类型的问题。
下面是这些设计模式的C语言解析：1. 工厂方法模式（Factory Method Pattern）```c#include <stdio.h>// 抽象产品类struct AbstractProduct {void use() {printf("AbstractProduct\n");}};// 具体产品类1struct ConcreteProduct1 : public AbstractProduct { void use() {printf("ConcreteProduct1\n");}};// 具体产品类2struct ConcreteProduct2 : public AbstractProduct { void use() {printf("ConcreteProduct2\n");}};// 抽象工厂类struct AbstractFactory {virtual AbstractProduct* createProduct() = 0; };// 具体工厂类1struct ConcreteFactory1 : public AbstractFactory {AbstractProduct* createProduct() {return new ConcreteProduct1;}};// 具体工厂类2struct ConcreteFactory2 : public AbstractFactory {AbstractProduct* createProduct() {return new ConcreteProduct2;}};int main() {ConcreteFactory1 factory1;ConcreteProduct1* product1 = factory1.createProduct(); product1->use(); // 输出 "ConcreteProduct1"delete product1; // 释放内存factory1.createProduct(); // 空指针异常，因为工厂已不再生产任何产品return 0;}```。
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ConcreteFlyweight - intrinsicState : + operation ( extrinsicState) ...
UnsharedConcreteFlyweight - allState : + operation ( extrinsicState) ...
享元模式
模式结构
享元模式
模式分析
典型的享元工厂类代码： 典型的享元工厂类代码：
public class FlyweightFactory{ private HashMap flyweights = new HashMap(); public Flyweight getFlyweight(String key){ if(flyweights.containsKey(key)){ return (Flyweight)flyweights.get(key); } else{ Flyweight fw = new ConcreteFlyweight(); flyweights.put(key,fw); return fw; } } }
Hub - type : String + Hub (String type) : String + getType () + use (Port port) : void ...
享元模式
模式优缺点
享元模式的优点
• 享元模式的优点在于它可以极大减少内存中对象的数 量，使得相同对象或相似对象在内存中只保存一份。 • 享元模式的外部状态相对独立，而且不会影响其内部 状态，从而使得享元对象可以在不同的环境中被共享。
NetworkDevice
devices
+ getType () : String + use (Port port) : void ...
Switch - type : String + Switch (String type) : String + getType () + use (Port port) : void ...
享元模式
享元模式实例与解析
实例一：共享网络设备（无外部状态） 实例一：共享网络设备（无外部状态）
• 很多网络设备都是支持共享的，如交换机、集线器等，多台终端 计算机可以连接同一台网络设备，并通过该网络设备进行数据转 发，如图所示，现用享元模式模拟共享网络设备的设计原理。
享元模式
享元模式实例与解析
NetworkDevice
devices
+ getType () : String + use () : void ...
Switch - type : String + Switch (String type) + getType () : String + use () : void ...
Hub - type : String + Hub (String type) + getType () : String + use () : void ...
享元模式
模式定义
Flyweight Pattern: Use sharing to support large numbers of fine-grained objects efficiently. Frequency of use: low
享元模式
模式结构
FlyweightFactory - flyweights : HashMap + getFlyweight (String key) : Flyweight ... Flyweight
享元模式
模式分析
享元模式的核心在于享元工厂类， 享元模式的核心在于享元工厂类，享元工厂类的作用 享元工厂类 在于提供一个用于存储享元对象的享元池， 在于提供一个用于存储享元对象的享元池，用户需要 对象时，首先从享元池中获取，如果享元池中不存在， 对象时，首先从享元池中获取，如果享元池中不存在， 则创建一个新的享元对象返回给用户， 则创建一个新的享元对象返回给用户，并在享元池中 保存该新增对象。 保存该新增对象。
享元模式包含如下角色： 享元模式包含如下角色： • Flyweight: 抽象享元类 • ConcreteFlyweight: 具体享元类 • UnsharedConcreteFlyweight: 非共享具体享元类 • FlyweightFactory: 享元工厂类
享元模式
模式分析
享元模式是一个考虑系统性能的设计模式 享元模式是一个考虑系统性能的设计模式，通过使用 考虑系统性能的设计模式， 享元模式可以节约内存空间 提高系统的性能。 节约内存空间， 享元模式可以节约内存空间，提高系统的性能。
享元模式
模式应用
(1)享元模式在编辑器软件中大量使用，如在一个文 享元模式在编辑器软件中大量使用， 享元模式在编辑器软件中大量使用 档中多次出现相同的图片， 档中多次出现相同的图片，则只需要创建一个图片对 通过在应用程序中设置该图片出现的位置， 象，通过在应用程序中设置该图片出现的位置，可以 实现该图片在不同地方多次重复显示。 实现该图片在不同地方多次重复显示。
享元模式
享元模式实例与解析
实例二：共享网络设备（有外部状态） 实例二：共享网络设备（有外部状态）
Port - port : String + Port (String port) + setPort (String port) : void + getPort () : String ... DeviceFactory - devices : ArrayList = new ArrayList() - totalTerminal : int =0 + DeviceFactory () + getNetworkDevice (String type) : NetworkDevice + getTotalDevice () : int + getTotalTerminal () : int ...
享元模式
享元模式实例与解析
实例二：共享网络设备（有外部状态） 实例二：共享网络设备（有外部状态） • 虽然网络设备可以共享，但是分配给每一个终端计算 机的端口(Port)是不同的，因此多台计算机虽然可以 共享同一个网络设备，但必须使用不同的端口。我们 可以将端口从网络设备中抽取出来作为外部状态，需 要时再进行设置。
享元模式
模式分析
享元模式以共享的方式高效地支持大量的细粒度对象，享元对象 享元模式以共享的方式高效地支持大量的细粒度对象， 能做到共享的关键是区分内部状态 内部状态(Internal State)和外部状态 能做到共享的关键是区分内部状态 和 (External State)。 。 (1) 内部状态是存储在享元对象内部并且不会随环境改变而改 变的状态，因此内部状态可以共享。 (2) 外部状态是随环境改变而改变的、不可以共享的状态。享 元对象的外部状态必须由客户端保存，并在享元对象被创建之 后，在需要使用的时候再传入到享元对象内部。一个外部状态 与另一个外部状态之间是相互独立的。
实例一：共享网络设备（无外部状态） 实例一：共享网络设备（无外部状态）
DeviceFactory - devices : ArrayList = new ArrayList() - totalTerminal : int =0 + DeviceFactory () + getNetworkDevice (String type) : NetworkDevice : int + getTotalDevice () + getTotalTerminal () : int ...
flyweights
+ operation ( extrinsicState) ...
if(flyweights.containsKey(key)) { return (Flyweight )flyweights.get(key); } else { Flyweight fw=new ConcreteFlyweight(); flyweights.put(key,fw); return fw; }
第9讲 享元模式 代理模式
本讲教学内容
享元模式
模式动机与定义 模式结构与分析 模式实例与解析 模式效果与应用 模式扩展
享元模式
模式动机
面向对象技术可以很好地解决一些灵活性或可扩展性问 但在很多情况下需要在系统中增加类和对象的个数。 题，但在很多情况下需要在系统中增加类和对象的个数。 当对象数量太多时，将导致运行代价过高， 当对象数量太多时，将导致运行代价过高，带来性能下 降等问题。 降等问题。 享元模式正是为解决这一类问题而诞生的。 享元模式正是为解决这一类问题而诞生的。享元模式通 正是为解决这一类问题而诞生的 过共享技术实现相同或相似对象的重用。 过共享技术实现相同或相似对象的重用。
享元模式
模式定义
享元模式(Flyweight Pattern)：运用共享技术有效地 共享技术有效地 享元模式 ：运用共享技术 支持大量细粒度对象的复用。系统只使用少量的对象， 细粒度对象的复用 支持大量细粒度对象的复用。系统只使用少量的对象， 而这些对象都很相似，状态变化很小，可以实现对象的 而这些对象都很相似，状态变化很小， 多次复用。 多次复用。由于享元模式要求能够共享的对象必须是细 粒度对象，因此它又称为轻量级模式 它是一种对象结 轻量级模式， 粒度对象，因此它又称为轻量级模式，它是一种对象结 构型模式。 构型模式。
享元模式
模式动机
享元模式
模式动机
在享元模式中可以共享的相同内容称为内部状态 在享元模式中可以共享的相同内容称为内部状态(Intrinsic 可以共享的相同内容称为内部状态 State)，而那些需要外部环境来设置的不能共享的内容称为 ，而那些需要外部环境来设置的不能共享的内容称为 外部状态(Extrinsic State)，由于区分了内部状态和外部状 外部状态 ， 态，因此可以通过设置不同的外部状态使得相同的对象可以 具有一些不同的特征，而相同的内部状态是可以共享的。 具有一些不同的特征，而相同的内部状态是可以共享的。 在享元模式中通常会出现工厂模式，需要创建一个享元工厂 在享元模式中通常会出现工厂模式，需要创建一个享元工厂 来负责维护一个享元池(Flyweight Pool)用于存储具有相同 来负责维护一个享元池 用于存储具有相同 内部状态的享元对象。 内部状态的享元对象。