面向对象设计与设计模式

什么是设计模式?

“每一个模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题,以及该问题的解决方案的核心。这样,你就能一次又一次地使用该方案而不必做重复劳动”。—— Christopher Alexander
通常所说的设计模式隐含地表示“面向对象设计模式”。但这并不意味“设计模式”就等于“面向对象设计模式”。


深入理解面向对象

向下:深入理解三大面向对象机制

  • 封装:隐藏内部实现
  • 继承:复用现有代码
  • 多态:改写对象行为

向上:深刻把握面向对象机制所带来的抽象意义,理解如何使用这些机制来表达现实世界,掌握什么是“好的面向对象设计”


复杂性

软件设计领域的复杂性在于其变化,解决复杂性的两种思路:

分解:

  • 人们面对复杂性有一个常见的做法:即分而治之,将大问题分解为多个小问题,将复杂问题分解为多个简单问题。

抽象:

  • 更高层次来讲,人们处理复杂性有一个通用的技术,即抽象。由于不能掌握全部的复杂对象,我们选择忽视它的非本质细节,而去处理泛化和理想化了的对象模型。

一个好的软件设计,要以复用为根本目标。


面向对象设计

  • 理解隔离变化
    • 从宏观层面来看,面向对象的构建方式更能适应软件的变化,能将变化所带来的影响减为最小。
  • 各司其职
    • 从微观层面来看,面向对象的方式更强调各个类的“责任”
    • 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——是所谓各负其责
  • 对象是什么?
    • 从语言实现层面来看,对象封装了代码和数据。
    • 从规格层面讲,对象是一系列可被使用的公共接口。
    • 从概念层面讲,对象是某种拥有责任的抽象。

面向对象设计原则

依赖倒置原则(DIP)

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

开放封闭原则(OCP)

  • 对扩展开放,对更改封闭。
  • 类模块应该是可扩展的,但是不可修改。

单一职责原则(SRP)

  • 一个类应该仅有一个引起它变化的原因。
  • 变化的方向隐含着类的责任。

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。

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。
  • 接口应该小而完备。

优先使用对象组合,而不是类继承

  • 类继承通常为“白箱复用”,对象组合通常为“黑箱复用”。
  • 继承在某种程度上破坏了封装性,子类父类耦合度高。
  • 而对象组合则只要求被组合的对象具有良好定义的接口,耦合度低。

封装变化点

  • 使用封装来创建对象之间的分界层,让设计者可以在分界层的一侧进行修改,而不会对另一侧产生不良的影响,从而实现层次间的松耦合。

针对接口编程,而不是针对实现编程

  • 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。

模式分类

  • 从目的来看:
    • 创建型(Creational)模式:将对象的部分创建工作延迟到子类或者其他对象,从而应对需求变化为对象创建时具体类型实现引来的冲击。
    • 结构型(Structural)模式:通过类继承或者对象组合获得更灵活的结构,从而应对需求变化为对象的结构带来的冲击。
    • 行为型(Behavioral)模式:通过类继承或者对象组合来划分类与对象间的职责,从而应对需求变化为多个交互的对象带来的冲击。
  • 从范围来看:
    • 类模式处理类与子类的静态关系。
    • 对象模式处理对象间的动态关系。

重构获得模式

  • 面向对象设计模式是“好的面向对象设计”,所谓“好的面向对象设计”指是那些可以满足“应对变化,提高复用”的设计。
  • 现代软件设计的特征是“需求的频繁变化”。设计模式的要点是“寻找变化点,然后在变化点处应用设计模式,从而来更好地应对需求的变化”.“什么时候、什么地点应用设计模式”比“理解设计模式结构本身”更为重要。
  • 设计模式的应用不宜先入为主,一上来就使用设计模式是对设计模式的最大误用。没有一步到位的设计模式。敏捷软件开发实践提倡的“Refactoring to Patterns”是目前普遍公认的最好的使用设计模式的方法。

从封装分类

组件协作模式

  • 现代软件专业分工之后的第一个结果是“框架与应用程序的划分”,“组件协作”模式通过晚期绑定,来实现框架与应用程序之间的松耦合,是二者之间协作时常用的模式。
  • 典型模式:
    • Template Method
    • Observer / Event
    • Strategy

单一职责模式

  • 在软件组件的设计中,如果责任划分的不清晰,使用继承得到的结果往往是随着需求的变化,子类急剧膨胀,同时充斥着重复代码,这时候的关键是划清责任。
  • 典型模式:
    • Decorator
    • Bridge

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)过程中所导致的紧耦合(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。
  • 典型模式:
    • Factory Method
    • Abstract Factory
    • Prototype
    • Builder

对象性能模式

  • 面向对象很好解决了“抽象”的问题,但是比不免地要付出一定的代价。对于通常情况来讲,面向对象的成本大都可以忽略不计。但是某些情况下,面向对象所带来的成本必须谨慎处理。
  • 典型模式:
    • Singleton
    • Flyweight

接口隔离模式

  • 在组件构建过程中,某些结构之间直接的依赖尝尝会带来很多问题、甚至根本无法实现。采用添加一层间接(稳定)接口,来隔离本来互相紧密关联的接口是一种常见的解决方案。
  • 典型模式:
    • Facade
    • Proxy
    • Adapter
    • Mediator

状态变化模式

  • 在组件构建过程中,某些对象的状态经常面临变化,如何对这些变化进行有效的管理?同时又维持高层模块的稳定?“状态变化”模式为这一问题提供了一种解决方案。
  • 典型模式:
    • State
    • Memento

数据结构模式

  • 常常有一些组件在内部具有特定的数据结构,如果让客户程序依赖这些特定的数据结构,将极大地破坏组件的复用,这时候,将这些特定数据结构封装在内部,在外部提供统一的接口,来实现与特定数据结构无关的访问,是一种行之有效的解决方案。
  • 典型模式:
    • Composite
    • Iterator
    • Chain of Resposiblity

行为变化模式

  • 在组件的构建过程中,组件行为的变化经常导致组件本身剧烈的变化。“行为变化”模式将组件的行为和组件本身进行解耦,从而支持组件行为的变化,实现两者的松耦合。
  • 典型模式:
    • Command
    • Visitor

领域规则模式

  • 在特定领域中,某些变化虽然频繁,但可以抽象为某种规则。这时候,结合特定领域,将问题抽象为语法规则,从而给出在该领域下的一般性解决方案。’
  • 典型模式:
    • Iterpreter

参考资料
极客班设计模式-李建忠
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