创建型设计模式学习笔记

简述

设计模式是指在软件开发中，经过验证的，用于解决在特定环境下重复出现的、特定问题的解决方案。
有创建型和结构型设计模式
怎么学习设计模式
1. 找稳定点和变化点，把变化点隔离出来，也就是解耦合（注意不是消除耦合）
2. 先满足设计原则，慢慢迭代出设计模式
耦合表示两个子系统（或类）之间的关联程度
编程在于抽象和分治思维。

设计原则

依赖倒置

高层模块不应该依赖于底层模块，两者都应该依赖抽象
抽象不应该依赖具体实现，具体实现应该依赖于抽象。（这话是真抽象~~）

开放封闭

一个类应该对扩展（组合与继承开放），对修改关闭。

面向接口

不将变量类型声明为某个特定的具体类，而是声明为某个接口。
客户程序无需获知对象的具体类型，只需要知道对象所具有的接口。
减少系统中各部分的依赖关系，从而实现高内聚、松耦合的类型设计方案。

封装变化点

将稳定点和变化点分离，扩展修改变化点；让稳定点和变化点的实现层次分离。

单一职责

一个类应该仅有一个引起它变化的原因。

里氏替换

子类型必须能够替换掉它的父类型；主要出现在子类覆盖父类实现，原来使用父类型的程序可能出现错误；覆盖了父类方法却没有实现父类方法的职责。

接口隔离

不应该强迫客户依赖于它们不用的方法；
一般用于处理一个类拥有比较多的接口，而这些接口涉及到很多职责

组合优于继承

继承耦合度高，组合耦合度低

模板方法

定义：

定义一个操作中的算法的骨架 ，而将一些步骤延迟到子类中。 Template Method使得子类可以不
改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

例子

某个品牌动物园，有一套固定的表演流程(稳定点)，但是其中有若干个表演子流程（变化点）可创新替换，以尝试迭代更新表演流程；

有缺陷的代码：

#if 0
class ZooShow {public:void Show0() {cout << "show0" << endl;}void Show2() {cout << "show2" << endl;}
};class ZooShowEx {public:void Show1() {cout << "show1" << endl;}void Show3() {cout << "show3" << endl;}
};// 不满足单一职责 ， 开放扩展封闭修改 原则
// 动物园固定流程，迭代创新
// 稳定和变化   一定的方向上变化
#else if 2
class ZooShow {public:ZooShow(int type = 1) : _type(type) {}public:void Show() {if (Show0())PlayGame(); // 里氏替换Show1();Show2();Show3();}// 接口隔离 不要让用户去选择它们不需要的接口
private:void PlayGame() {cout << "after Show0, then play game" << endl;}private:bool Show0() {cout << _type << " show0" << endl;return true;}void Show1() {if (_type == 1) {cout << _type << " Show1" << endl;} else if (_type == 2) {cout << _type << " Show1" << endl;} else if (_type == 3) {}}void Show2() {if (_type == 20) {}cout << "base Show2" << endl;}void Show3() {if (_type == 1) {cout << _type << " Show1" << endl;} else if (_type == 2) {cout << _type << " Show1" << endl;}}
private:int _type;
};#endifint main () {#if 0ZooShow *zs = new ZooShow;ZooShowEx *zs1 = new ZooShowEx;zs->Show0();zs1->Show1();zs->Show2();zs1->Show3();
#else if 2ZooShow *zs = new ZooShow(1);zs->Show();
#endifreturn 0;
}

优化后的代码

class ZooShow {public:void Show() {if (Show0())PlayGame();Show1();Show2();Show3();}private:void PlayGame() {cout << "after Show0, then play game" << endl;}protected:virtual bool Show0(){cout << "show0" << endl;return true;}virtual void Show2(){cout << "show2" << endl;}virtual void Show1() {}virtual void Show3() {}
};
//重写父类的方法
class ZooShowEx1 : public ZooShow {protected:virtual bool Show0(){cout << "show1" << endl;return true;}virtual void Show2(){cout << "show3" << endl;}
};class ZooShowEx2 : public ZooShow {protected:virtual void Show1(){cout << "show1" << endl;}virtual void Show2(){cout << "show3" << endl;}
};class ZooShowEx3 : public ZooShow {protected:virtual void Show1(){cout << "show1" << endl;}virtual void Show3(){cout << "show3" << endl;}virtual void Show4() {//}
};
/*
*/
int main () {ZooShow *zs = new ZooShowEx3;// ZooShow *zs1 = new ZooShowEx1;// ZooShow *zs2 = new ZooShowEx2;zs->Show();return 0;
}

要点

常用的设计模式，子类可以复写父类子流程，使父类的骨架流程丰富；
反向控制流程的典型应用；
模板方法是最能体现设计模式的精髓，使用频率最高。
父类protected保护子类需要复写的子流程，这样子类的子流程只能父类调用

本质

通过固定算法骨架来约束子类的行为。

注解：

单一职责、里氏替换、接口隔离都是来佐证开闭原则
里氏替换：开放扩展，继承父类的职责

单一职责：对修改封闭

接口隔离：对修改封闭

观察者模式

定义：

定义对象间的一种一对多（变化）的依赖关系，以便一个对象（subject）的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都能得到通知并自动更新

例子：

气象站发布气象资料给数据中心，数据中心经过处理，将气象信息更新到两个不同的显示终端（A和B）；

即数据中心接收到数据（信号），就要进行处理并发送给所有终端（槽函数）

满足观察者模式的demo

class IDisplay {public:virtual void Show(float temperature) = 0;virtual ~IDisplay() {}
};class DisplayA : public IDisplay {public:virtual void Show(float temperature);
private:void jianyi();
};class DisplayB : public IDisplay{public:virtual void Show(float temperature);
};class DisplayC : public IDisplay{public:virtual void Show(float temperature);
};class WeatherData {};class DataCenter {public:void Attach(IDisplay * ob);void Detach(IDisplay * ob);void Notify() {float temper = CalcTemperature();for (auto iter = obs.begin(); iter != obs.end(); iter++) {(*iter)->Show(temper);}}// 接口隔离
private:virtual WeatherData * GetWeatherData();virtual float CalcTemperature() {WeatherData * data = GetWeatherData();// ...float temper/* = */;return temper;}//存放订阅者（观察者）std::vector<IDisplay*> obs;
};int main() {DataCenter *center = new DataCenter;IDisplay *da = new DisplayA();IDisplay *db = new DisplayB();IDisplay *dc = new DisplayC();//"订阅"center->Attach(da);center->Attach(db);center->Attach(dc);//"发布"center->Notify();//-----center->Detach(db);center->Notify();return 0;
}

要点

观察者模式使得我们可以独立地改变目标与观察者，从而使二者之间的关系松耦合
观察者自己决定是否订阅通知，目标对象并不关注谁订阅了。
观察者不要依赖通知顺序，目标对象也不知道通知顺序
常用在基于事件的ui框架中，也是MVC的组成部分；
常用在分布式系统中、actor框架中。

观察者模式还用在：zk、etcd、kafka、redis、分布式锁、
公平锁（互斥锁、会阻塞导致线程切换）、
非公平锁（自旋锁）
队列操作：用自旋锁
重io操作（磁盘操作、关闭大文件）：用互斥锁
锁粒度：操作临界资源的时长

本质：触发联动

结构图

心得

学了信号槽、以及C语言中信号注册回调函数知识，使得这里观察者模式的理解柳暗花明。

策略模式

定义

定义一系列算法，把它们一个个封装起来，并使它们可以相互替换。该模式使得算法可独立于使用它的客户程序而变化。

背景

某商场节假日有固定促销活动，为了加大销售力度，现提升国庆节促销活动规格。

未使用策略模式的代码

enum VacationEnum {VAC_Spring,VAC_QiXi,VAC_Wuyi,VAC_GuoQing,VAC_ShengDan,
};class Promotion {VacationEnum vac;
public:double CalcPromotion(){if (vac == VAC_Spring) {// 春节}else if (vac == VAC_QiXi) {// 七夕}else if (vac == VAC_Wuyi) {// 五一}else if (vac == VAC_GuoQing) {// 国庆}else if (vac == VAC_ShengDan) {}}};

如果一个只有稳定点不需要设计模式
如果全是变化点怎么办？如 c++ 游戏开发，则使用脚本语言

采用策略模式的代码

class Context {};class ProStategy {public:virtual double CalcPro(const Context &ctx) = 0;//抽象基类的析构必须是虚析构，//使得调用的析构函数是子类自己的析构//防止内存泄漏virtual ~ProStategy();
};
// cpp
class VAC_Spring : public ProStategy {public:virtual double CalcPro(const Context &ctx){}
};
// cpp
class VAC_QiXi : public ProStategy {public:virtual double CalcPro(const Context &ctx){}
};
class VAC_QiXi1  : public VAC_QiXi {public:virtual double CalcPro(const Context &ctx){}
};
// cpp
class VAC_Wuyi : public ProStategy {public:virtual double CalcPro(const Context &ctx){}
};
// cpp
class VAC_GuoQing : public ProStategy {public:virtual double CalcPro(const Context &ctx){}
};class VAC_Shengdan : public ProStategy {public:virtual double CalcPro(const Context &ctx){}
};class Promotion {public:Promotion(ProStategy *sss) : s(sss){}~Promotion(){}double CalcPromotion(const Context &ctx){return s->CalcPro(ctx);}
private:ProStategy *s;
};int main () {Context ctx;ProStategy *s = new VAC_QiXi1();Promotion *p = new Promotion(s);p->CalcPromotion(ctx);return 0;
}

在时间判断中，时间if else 判断是否是某个节日----稳定点

根据节日，使用if else选择某个促销规格----变化点

要点

策略模式提供了一系列可重用的算法，从而使得类型在运行时方便地根据需要在各个算法之间切换。
策略模式消除了条件判断语句；也就是在解耦合。

本质

分离算法，选择实现

结构图

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