设计模式概述及UML的类图

1.设计模式概述

1）简介

设计模式是面向对象设计中反复出现的问题的解决方案。这个术语的含义还存有争议。算法不是设计模式，因为算法致力于解决问题而非设计问
题。设计模式通常描述了一组相互紧密作用的类与对象。设计模式提供一种讨论软件设计的公共语言，使得熟练设计者的设计经验可以被初学者
和其他设计者掌握。设计模式还为软件重构提供了目标。

2）历史

肯特·贝克和沃德·坎宁安在1987年利用克里斯托佛·亚历山大在建筑设计领域里的思想开发了设计模式并把此思想应用在Smalltalk中的图形用户接
口的生成中。一年后Erich Gamma在他的苏黎世大学博士毕业论文中开始尝试把这种思想改写为适用于软件开发。与此同时James Coplien 在
1989年至1991 年也在利用相同的思想致力于C++的开发，而后于1991年发表了他的著作Advanced C++ Idioms。就在这一年Erich Gamma 得到
了博士学位，然后去了美国，在那与Richard Helm, Ralph Johnson ,John Vlissides合作出版了Design Patterns - Elements of Reusable Object-
Oriented Software 一书，在此书中共收录了23个设计模式。这四位作者在软件开发领域里也以他们的匿名著称Gang of Four(四人帮，简称GoF),
并且是他们在此书中的协作导致了软件设计模式的突破。有时这个匿名GoF也会用于指代前面提到的那本书。

3）模式要素

模式名称（Pattern Name）：每一个模式都有自己的名字，模式的名字使得我们可以讨论我们的设计。
问题（Problem）：在面向对象的系统设计过程中反复出现的特定场合，它导致我们采用某个模式。
解决方案（Solution）：上述问题的解决方案，其内容给出了设计的各个组成部分，它们之间的关系、职责划分和协作方式。
效果（Consequence）：采用该模式对软件系统其他部分的影响，比如对系统的扩充性、可移植性的影响。影响也包括负面的影响。
别名（Also Known As）：一个模式可以有超过一个以上的名称。这些名称应该要在这一节注明。
动机（Motivation）：该模式应该利用在哪种情况下是本节提供的方案（包括问题与来龙去脉）的责任。
应用（Applicability）
结构（Structure）：这部分常用类图与互动图阐述此模式。
参与者（Participants）：这部分提供一份本模式用到的类与物件清单，与它们在设计下扮演的角色。
合作（Collaboration）：描述在此模式下，类与物件间的互动。
结果（Consequences）：这部分应描述使用本模式後的结果、副作用、与交换(trade-off)
实现（Implementaion）：这部分应描述实现该模式、该模式的部分方案、实现该模式的可能技术、或者建议实现模式的方法。
例程（Sample Code）：示范程式。
已知应用（Known Uses）：业界已知的实做范例。
相关模式（Related Patterns）：这部分包括其他相关模式，以及与其他类似模式的不同。

4）设计模式遵循的六大原则

①开闭原则：一个实体类或者模块的扩展开放的，修改是封闭的。

②单一职责原则：一个类只做一件事，当这个类修改时也应该只有一个原因。

③里氏替换原则：子类可以替换父类。使用继承时，只扩展，不破坏原有的功能。

④依赖倒置原则：面向接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。写代码时用到具体类时，不与具体类交互，而与具体类的上层接口交互。

⑤接口隔离原则：每个接口的方法都要保证子类可以用而去实现，否则必须将接口拆分。

⑥迪米特原则：又名「最少知道原则」，一个类不应知道自己操作的类的细节，换言之，只和朋友谈话，不和朋友的朋友谈话。

5）GoF的23种设计模式

设计模式有两种分类方式，即根据目的和作用范围。

①根据目的来分

可分为创建型模式、结构型模式、行为型模式3种。

a.创建型模式：用于描述“怎样创建对象”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。
GoF 中提供了单例、原型、工厂方  法、抽象工厂、建造者等 5 种创建型模式。
b.结构型模式：用于描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构，GoF 中提供了代理、适配器、桥接、装饰、外观、享
元、组合等 7 种结构型模式。
c.行为型模式：用于描述类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象都无法单独完成的任务，以及怎样分配职责。
GoF 中提 供了模板方法、策略、命令、职责链、状态、观察者、中介者、迭代器、访问者、备忘录、解释器等 11 种行为型模式。

②根据作用范围来分

可分为类模式和对象模式2种。

a.类模式：用于处理类与子类之间的关系，这些关系通过继承来建立，是静态的，在编译时刻便确定下来了。
GoF中的工厂方法、（类）适配器、模板方法、解释器属于该模式。
b.对象模式：用于处理对象之间的关系，这些关系可以通过组合或聚合来实现，在运行时刻是可以变化的，更具动态性。
GoF 中除了以上 4 种，其他的都是对象模式。

2.UML类图

1）统一建模语言的简介

统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）是用来设计软件蓝图的可视化建模语言，1997 年被国际对象管理组织
（OMG）采纳为面向对象的建模语言的国际标准。它的特点是简单、统一、图形化、能表达软件设计中的动态与静态信息。

UML从目标系统的不同角度出发，定义了用例图，类图，对象图，状态图，活动图，时序图，协作图，构件图，部署图等9种图。

2）类，接口及类图

①类

学生类的UML表示，在UML中，类使用包含类名，属性和操作且带有分割线的矩形来表示。

类是指具有相同属性，方法和关系的对象的抽象，它封装了数据和行为，是面向对象程序设计的基础，具有封装性，继承性和多态性等三大特性。
a.类名是一个字符串，例如：Student
b.属性是指类的特性，即类的成员变量。
UML中表示：【可见性】属性名：类型【=默认值】
如：-name:String

可见性：表示该属性对类外的元素是否可见，包括：public，private,protected,friendly4种，在类图中分别用+，-，#，~表示。
c.操作是类的任意一个实例对象都可以使用的行为，是类的成员方法。
UML中表示为：【可见性】名称（参数列表）【：返回类型】
如：+display（）：void

②接口

接口是一种特殊的类，它具有类的结构但不可被实例化，只可以被子类实现，它包含抽象操作，但不包含属性。它描述了类或组件对外可见的动作。在UML中，接口使用一个带有名称的小圆圈来进行表示。

③类图

类图是用来显示系统中的类，接口，协作以及它们之间的静态结构和关系的一种静态模型。