【笔记】设计模式 | 5种设计模式笔记整理

跟着b站的设计模式教程学的，以下是目前学习了的5种设计模式的笔记整理

设计模式简介

软件设计的现状：由于客户需求等原因需要频繁的变更软件内部的代码。所以能否设计出复用性尽可能高的程序以解决软件设计的复杂性，是评判一个软件设计好不好的关键。

如何解决复杂性？
1. 分解：分解是人们的一种解决问题的常规思路，分而治之，将大问题–>小问题，复杂问题–>简单问题
2. 抽象:忽视本质细节而去处理泛化和理想化的对象模型（；利用多态的方法就是一个例子）

面向对象的设计原则

理念：变化是复用的天敌，而面向对象设计就是为了抵御变化

面向对象的特点：

各司其职（面向对象强调各个类各司其职，由于需求变化导致的新增类型不应该影响原来类型的实现）
对象是什么？
- 语言层面：封装了代码和数据
- 规格层面：是一系列可被使用的公共接口
- 概念层面：是某种拥有独立责任的抽象

原则1：依赖倒置原则（DIP）

高层模块（稳定的）不应该依赖于低层模块（变化的、不稳定的），二者都应该依赖于抽象（稳定的）
抽象（稳定）不应该依赖于实现细节（变化的），实现细节应该依赖于抽象（稳定的）

（上面这种模式会倒置了，变化会导致mainform不稳定）

（因为隔离了变化，发生变化是，mainform和shape依然稳定）

原则2：开放封闭原则（OCP）

对拓展开放，对更改封闭：当有新的需求时，应采用增加来满足而不是通过更改来满足
类模板应该时可拓展的，但不可修改

原则3：单一职责原则（SRP）

一个类应该仅有一个引起它变化的原因（各司其职）
变化的方向隐含着“类的责任”，而一个类不应该隐含多个责任

原则4:Liskov替换原则（LSP）

子类必须能够替换它们的基类（IS-A）
继承表达类型抽象

原则5：接口隔离原则（ISP）

不应该强迫客户程序依赖它们不用的方法（区分清楚哪些时public暴露出去的，哪些时自用private的）
接口应该小而完备

原则6：优先使用对象组合，而不是类继承

类继承”白箱复用“；对象组合“黑箱复用”
继承在某种程度上破坏了封装性,子父的耦合度较高
对象组合只要求被组合的对象有良好定义的接口，耦合度低

原则7：封装变化点

使用封装来创建对象之间的分解层，让设计者进行一侧的修改时不会对另一侧产生不良影响

原则8：针对接口编程，而不是针对实现编程（与原则1相辅相成）

不将变量类型声明为某个特定的具体类，而是声明成接口
客户程序无需获知对象的具体类型，只需知道对象所具有的接口
减少系统各部分的依赖关系，实现“高内聚，松耦合”的类型设计方案

核心：接口标准化

设计原则–>设计经验

设计习语（Design Idioms）：描述与特定编程语言相关的低层模式，技巧，惯用法
设计模式（Design Patterns）：描述“类与相互通信的对象之间的组织关系，包括它们的角色，职责，协作方式等”（主要解决变化中的复用性问题）
架构模式（Architectural Patterns）：描述系统中与基本结构组织关系密切的高层模式，包括子系统划分，职责，以及如何组织它们之间关系的规则

重构关键技法

静态（绑定）—》动态（绑定）
早绑定—》晚绑定
继承—》组合
编译时依赖—》运行时依赖
紧耦合—》松耦合

策略模式

定义：将一系列算法封装起来，使它们可以相互替代（可以变化）。从而使得算法可独立于使用它的客户程序（稳定的）而变化（拓展，子类化）----》“用拓展的方式应对需求的变化”

结构：

总结：

Strategy及其子类为组件提供了一系列可重用的算法，从而可以使得类型在运行时方便得根据需要在各个算法间切换（多态调用）
当程序中出现很多条件判断（if else/switch case）的场景，且后续可能还有其它情况需要增加时，想到用Strategy模式（除非确定可能性不再变化）
如果Strategy对象没有实例变量，那么各个上下文可共享同一个Strategy对象，从而节省开销

观察者模式

定义：定义了对象间的一种**一对多（变化）**的依赖关系，以便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自动更新

结构：

总结：

Observer模式使得我们可以独立地改变目标与观察者，使二者做到松耦合
目标发送通知时，无需指定观察者，通知（可以携带通知信息作为参数）会自动传播
观察者自己决定是否需要订阅通知，目标对象对此一无所知
Observer模式是基于时间的UI框架中非常常用的设计模式，也是MVC（Model-View-Controllor）模式的重要组成部分

桥模式

定义：将抽象部分（如：业务功能：简介版，经典版，豪华版…）与实现部分（如：不同平台的实现：PC,PE…）分离，使它们可以独立地变化（拓展时不相互影响）

结构：

总结：

Bridge模式使用”对象间的组合关系“解耦了抽象和实现之间固有绑定关系，使得抽象和实现可以沿着各自的维度来变化，即“子类化”它们
Bridge模式有时类似于多继承方案，但多继承方案往往违背了单一职责原则（即一个类只有一个变化的原因），复用性差。而Bridge模式是更好的解决方法
Bridge模式的应用一般在”两个非常强的变化维度“，有时一个类也有多于两个的变化维度，这时可用Bridge的扩展模式（将聚合度较高的一些变化打包（抽象）成一个基类，再用抽象指针）

工厂模式

“对象创建”模式：通过”对象创建“模式绕开new，来避免对象创建（new）的过程中导致的紧耦合（依赖具体类），从而支持对象创建的稳定。它是接口抽象之后的第一步工作

定义：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类。从而使得一个类的实例化延迟（目的：解耦（解除new后面具体类的耦合）；手段：虚函数）到子类

结构：

总结：

Factory 模式用于隔离类对象的使用者和具体类型之间的耦合关系。面对一个经常变化的具体类型，紧耦合关系（new）会导致软件的脆弱。
Factory模式通过面向对象的手法，将所要创建的具体对象工作延迟到子类，从而实现一种扩展（而非更改）的策略，较好的解决了紧耦合关系
Factory模式解决“单个对象”的需求变化。（缺点在于要求创建方法/参数相同）

单件模式

“对象性能”模式：面向对象解决了”抽象“的问题，但是不可避免要付出一定的性能代价（如虚函数），虽然通常情况来讲，面向对象的成本大都可以忽略不计（尤其得益于c++语言自身良好的性能），但某些情况，面向对象所带来的成本问题需要谨慎处理

需求：在软件系统中，常有一些特殊的类，需要保证它们在系统只存在一个实例，才能确保它们的逻辑正确性，以及良好的效率。那么，如何绕过常规的构造器，通过提供一种机制来保证一个类只有一个实例？（即限制使用者创建多个类）

定义：保证一个类仅有一个实例，并提供一个该实例的全局访问点

结构：

实例：

线程非安全版本：单线程没问题，但多线程时可能会出现多个对象实例出现的问题
线程安全版本：加一个“锁”（在一个线程中的锁的实例还未被析构时，其它线程无法进入）可以解决多线程的问题，保证只有一个实例对象存在，但锁的代价过高（”锁“其实只有在创建（写）的时候需要来限制多进程，但是在（读）对象时，是不会出现创建了多个实例对象的问题，所以已经不需要锁了）
双检测锁：锁前锁后都判断是否已存在一个唯一的实例对象（但由于内存读写reorder（CPU内部处理顺序与我们设想的顺序不同）而不安全）
- eg:m_instance = new Singleton();这一步我们设想的分解步骤是（分配内存–》构造–》指针指向内存）。而实际上可能会出现reorder的现象，即（分配内存–》指针指向内存–》构造）。而如果此时其它线程进入并判定m_instance不为空，就可能直接使用了m_instance，从而出现安全隐患。
双检测锁防reorder实现

总结：

Singleton模式中的实例构造器可以设置为protected以允许子类派生
Singleton模式一般不要支持拷贝构造函数和Clone接口，因为可能导致出现多个对象实例
Singleton模式的重点和难点就是双检查锁的正确实现

有一些目前还不是很理解，如果有出错的请斧正，谢谢！