探索软件设计模式（一）

灰太狼 2021-09-10 03:48 338阅读 0赞

软件设计模式来源于Christopher Alexander的建筑学模式和对象运动。根据Alexander的观点，模式就是一个对于特定的系统的通用解决方案本身的重复。对象运动关注于将现实世界模化为软件内部的关系。基于这两个原因，软件设计模式对于真实世界的物体而言同样应当是可以重复的。这篇文章呈现了现实的世界中的非软件的模式实例，这些模式来源于《设计模式-可复用面向对象软件的基础》（Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software）\[13\]一书。这篇文章也举例讨论了模式语言对非软件的表现力和设计模式的练习。  
  
在软件行业中，模式支持者的团体正在扩大。模式发展的起源可以在建筑师Christopher Alexander的著作中找到，他认为模式是世界上特定系统的通用解决方案。他描述的模式可以在日常的建筑物中观察到。《模式语言》（A Pattern Language）中的每个模式都包含了一张该模式原始范例的图片。  
  
虽然物质是主流世界的观点，而模式为软件世界所信奉，模式也有其体现事物发展的根源。不幸的是软件设计模式的例子不象Alexander模式那么丰富，因为软件设计表现的是精致的构思而不是那些最初产生的想法。当今大多数软件的专有性限制了我们接触一流设计的机会。  
  
根据Alexander的说法，现实世界中模式总是重复自己，因为在一个特定的环境下，它们总是很好地适应现有的环境因素。在软件中，要么现实世界的问题被完全地模式化，要么现实世界的物体被转换成为硬件和软件，用来产生现实世界的结果。既然软件设计模式根源于Alexander的样式和对象，那么在现实世界中找到软件设计模式也是很正常的。这并不是说软件设计模式是现实世界事物的必然模型，而是说在契合的对象之间相互影响的关系可以在"现实世界"和软件对象中同样地观察到。为了验证这个假设，我们将为每一种设计模式找出一个现实世界的例子来。  
  
**创建型模式**  
  
作者（指《设计模式》的作者-译注，下同）总结了五种创建型模式。创建型模式的例子可以在制造业，快餐，生物和行政机构中找到。  
  
**抽象工厂（Abstract Factory）举例**  
  
抽象工厂的目的是要提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而不需要指定它们具体的类。这种模式可以在日本汽车制造厂所使用的金属冲压设备中找到。这种冲压设备可以制造汽车车身部件。同样的机械用于冲压不同的车型的右边车门、左边车门、右前挡泥板、左前挡泥板和引擎罩等等。通过使用转轮来改变冲压盘，这个机械产生的具体类可以在三分钟内改变。  
  
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图1：抽象工厂的冲压例子  
  
**生成器（Builder）举例**  
  
生成器模式将复杂对象的构建与对象的表现分离开来，这样使得同样的构建过程可以创建出不同的表现。这种模式用于快餐店制作儿童餐。典型的儿童餐包括一个主食，一个辅食，一杯饮料和一个玩具（例如汉堡、炸鸡、可乐和玩具车）。这些在不同的儿童餐中可以是不同的，但是组合成儿童餐的过程是相同的。无论顾客点的是汉堡，三名治还是鸡肉，过程都是一样的。柜台的员工直接把主食，辅食和玩具放在一起。这些是放在一个袋子中的。饮料被倒入杯中，放在袋子外边。这些过程在相互竞争的餐馆中是同样的。  
  
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图2：使用儿童餐作为例子的生成器模式的对象作用表  
  
**工厂方法（Factory Method）**  
  
工厂方法定义一个用于创建对象的接口，但是让子类决定实例化哪个类。压注成型演示了这种模式。塑料玩具制造商加工塑料粉，将塑料注入到希望形状的模具中。玩具的类别（车，人物等等）是由模具决定的。  
  
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图3：使用注入成型为例子的工厂方法的对象图  
  
**原型（Prototype）举例**  
  
原型模式使用原型实例指定创建对象的种类。新产品的原型通常是先于全部产品建立的，这样的原型是被动的，并不参与复制它自己。一个细胞的有丝分裂，产生两个同样的细胞，是一个扮演主动角色复制自己原型的例子，这演示了原型模式。一个细胞分裂，产生两个同样基因型的细胞。换句话说，细胞克隆了自己。  
  
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图4：使用细胞分裂例子的原型模式对象图  
  
**单件（Singleton）举例**  
  
单件模式确保一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。单件模式是模仿单集命名的，单集的定义是每个集合仅含有一个元素。美国总统的职位是单件，美国宪法规定了总统的选举，任期以及继任的顺序。这样，在任何时刻只能由一个现任的总统。无论现任总统的身份为何，其头衔"美利坚美利坚合众国总统"是访问这个职位的人的一个全局的访问点。  
  
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图5：使用总统例子的单件模式对象图  
  
**结构性模式**  
  
作者总结了七个结构型模式，这些模式的例子可以在工具、住宅配线、数学、节日传统、零售目录和银行业中找到。  
  
**适配器（Adapter）举例**  
  
适配器模式允许将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以一起工作。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。  
  
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图6：使用扳手适配器例子的适配器对象图  
  
**桥接（Bridge）举例**  
  
桥接模式将抽象部分与它的实现分离，使它们能够独立地变化。一个普通的开关控制的电灯、电风扇等等，都是桥接的例子。开关的目的是将设备打开或关闭。实际的开关可以是简单的双刀拉链开关，也可以是调光开关。  
  
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图7：使用电子开关例子的桥接对象图  
  
**组合（Composite）例子**  
  
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。让用户一致地使用单个对象和组合对象。虽然例子抽象一些，但是算术表达式确实是组合的例子。算术表达式包括操作数、操作符和另一个操作数。操作数可以是数字，也可以是另一个表达式。这样，2+3和（2+3）+（4\*6）都是合法的表达式。  
  
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图8：使用算术表达式例子的组合模式对象图  
  
**装饰（Decorator）举例**  
  
装饰模式动态地给一个对象添加额外的职责。不论一幅画有没有画框都可以挂在墙上，但是通常都是有画框的，并且实际上是画框被挂在墙上。在挂在墙上之前，画可以被蒙上玻璃，装到框子里；这时画、玻璃和画框形成了一个物体。  
  
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图9：使用有画框的画作为例子的装饰模式对象图  
  
**外观（Facade）举例**  
  
外观模式为子系统中的接口定义了一个统一的更高层次的界面，以便于使用。当消费者按照目录采购时，则体现了一个外观模式。消费者拨打一个号码与客服代表联系，客服代表则扮演了这个"外观"，他包含了与订货部、收银部和送货部的接口。  
  
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图10：使用电话订货例子的外观模式对象图  
  
**享元（Flyweight）举例**  
  
享元模式使用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。公共交换电话网（PSTN）是享元的一个例子。有一些资源例如拨号音发生器、振铃发生器和拨号接收器是必须由所有用户共享的。当一个用户拿起听筒打电话时，他不需要知道使用了多少资源。对于用户而言所有的事情就是有拨号音，拨打号码，拨通电话。  
  
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图11：使用拨号音发生器例子的享元模式对象图  
  
**代理（Proxy）模式**  
  
代理模式提供一个中介以控制对这个对象的访问。一张支票或银行存单是账户中资金的代理。支票在市场交易中用来代替现金，并提供对签发人账号上资金的控制。  
  
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图12：使用银行存单例子的代理模式对象图  
  
  
下一篇将继续 **探索软件设计模式（二）**  
  
『引自 UMLCHINA』

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