设计模式概述

面向对象

• 面向对象

  • 类、对象

    • 类是一类事物的抽象，是一种模板，可以定义一类事物的属性和行为。一个类中应该是一组相关性很高的函数、数据的集合
    • 对象是类的一个特例、实实在在的例子（实例），当把一个类实例化后，就创建了一个对象，拥有类中定义的属性和行为
      面向对象是一种思想，将现实中的事物抽象到代码中，通过调用对象的行为方法修改对象的属性来模拟现实，解决实际的问题
      "Everybody in this country should learn how to program a computer… because it teaches you how to think." From Steve Jobs

  • 继承、封装、多态

    • 继承：　一个类可以从另一个类中继承属性和行为，并可以独立扩展和修改，无需重复编写，提高代码的复用性，Python允许多重继承

      • 继承的优点：

        • 代码重用，减少创建类的成本，子类拥有父类的方法和属性
        • 提高代码的可扩展性

      • 继承的缺点：

        • 继承具有侵入性，只要继承就必须拥有父类的所有方法和属性
        • 继承是静态的，可能造成子类代码冗余，灵活性降低

    • 封装： 对象的行为和状态对于外界是不可见的，对象的内部状态不应该被直接修改，而是通过请求对象的行为改变其内部状态，以做出对应的响应

    • 多态： 有两种形式的多态

      • 对象可以根据输入参数的不同提供不同的实现
      • 不同类型的对象可以使用相同的接口

  • 内聚、耦合

    • 内聚： 模块内部元素彼此之间关联的紧密程度
    • 耦合： 模块与模块之间关联的紧密程度
      高内聚低耦合，才能使我们的轮子更具可移植性，可扩展性

面向对象设计七大原则

• 开放关闭原则(Open Close Principle)

  • 含义：类与对象及其方法对于扩展来说，应该是开放的，但是对于修改应该是封闭的。当需求变更时，我们需要扩展类以适应新的需求

  • 优点：

    • 现有的类不会被修改，因此退化的可能性比较小
    • 有助于保持以前代码的向后兼容

• 单一职责原则(Single Responsibility Principle)

  • 含义：类的职责单一，引起类变化的原因单一，如果一个类实现了两个功能，那么最好将他们分开，功能才是改变的理由。如果一个类拥有多种功能，那么依赖它的类必定会由于多种原因而经历多次修改，这是应该避免的

  • 优点：

    • 当一个功能发生改变时，除了特定的类需要改变外，其他的类无需变动

• 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)

  • 定义：子类必须能够完全取代父类，当开发人员编写子类时，应该去扩展父类，子类应该尽可能的对父类封闭，以至于子类本身可以替换父类，而无需修改任何的代码。
    在设计时，应该优先考虑合成复用(组合、聚合），其次考虑使用继承

• 接口隔离原则(InterfaceSegregation Principles)

  • 定义：客户端不应该依赖于它们不需要使用的接口，还有另一种定义：类之间的依赖关系应该建立在最小接口上

  • 优点：

    • 解耦，从而容易重构更改，使得方法和接口紧密相关
    • 防止向接口中随意添加不必要的方法

• 依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle,好莱坞法则：Don't call us, we'll call you)

  • 定义：高层次的模块不应该依赖于底层次的模块，都应该依赖于抽象，细节应该依赖于抽象，而不是抽象依赖于细节，该原则建议任何两个模块都不应该以紧密方式相互依赖，而应当在它们之间提供一个抽象层来解耦。类的细节应该描述抽象。 避免实现细节本身决定抽象的情况。

  • 优点：

    • 削弱了模块之间的紧耦合，消除了系统中的复杂性和刚性
    • 模块之间添加了一个明确的抽象层（由钩子或参数提供），便于通过更好的方式处理模块间的依赖关系

• 迪米特法则(Law of Demeter,不要和陌生人说话：No talking to strangers)

  • 定义：一个对象应该对其他对象最少了解和依赖，一个类应该对自己需要耦合或调用的类知道的越少越好，类的内部如何实现和调用者或依赖者没有任何关系。调用者或者依赖者只需要知道应该调用的方法即可，其他的一概不关心。
  • 优点：当一个类发生改变时，对于依赖于它的类无需任何的修改

• 合成复用原则(Composite/Aggregate Reuse Principle)

  • 定义：在一个新的对象里面使用一些已有的对象，使之成为新对象的一部分：新的对象通过向这些对象委派达到复用已有功能的目的。

  • 优点：

    • 使系统更具灵活性，降低类与类之间之间的耦合
    • 运行时动态进行

什么是设计模式

• 设计模式（Design Pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类的、代码设计经验的总结。

• 如何才算一名好的程序员？

学会一门编程语言其实并不难，但是精通却很难，就像我们会说话会写字，但是却无法像作家那些长篇大论。好的作家不管用什么语言都可以写出佳作。好的程序员就像好的作家不在于会使用多少语言，多少工具。而在于他能用这些语言或工具创造出多么大的价值，解决多么大的实际问题；掌握解决问题的思想和方法。能够使用自己掌握的编程语言解决各种实际问题。

• 为什么要学习设计模式
  设计模式是对一系列问题的解决方案，是通过别人不断的实践试验，考虑了封装性、复用性、可移植性、高效性等种种因素进行高度总结的经验结晶。学习设计模式就是从别人的成功中学习，而不是从自己的失败中学习。它不限于特定的某种编程语言，是解决问题的一套思想和方法，所以要成为优秀的程序员应该掌握设计模式。

• 设计模式的作用

  • 对需求的适应性（迭代开发中需求有着不确定性，随着项目的进行而变化，需要考虑需求的兼容）
  • 高效的协同工作（减少模块间的依赖）
  • 提高代码可读性（人读懂代码比机器读懂代码更重要）

设计模式分类及设计模式有哪些

• 创建型模式（Creational Patterns）:主要基于对象的创建方式，将对象的定义和创建隔离开来，代码和所创建的对象类型无关

  • 单例模式（Singleton Pattern）
  • 工厂模式（Factory Pattern）
  • 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）
  • 建造者模式（Builder Pattern）
  • 原型模式（Prototype Pattern）

• 结构型模式（Structural Patterns）：主要致力于设计出能够通过组合获得更大功能的对象和类的结构，简化结构并识别类和对象之间的关系，关注于类的继承和组合

  • 适配器模式（Adapter Pattern）
  • 桥接模式（Bridge Pattern）
  • 过滤器模式（Filter、Criteria Pattern）
  • 组合模式（Composite Pattern）
  • 装饰器模式（Decorator Pattern）
  • 外观模式（Facade Pattern）
  • 享元模式（Flyweight Pattern）
  • 代理模式（Proxy Pattern）

• 行为型模式（Behavioral Patterns）：主要关注对象之间的交互及对象的响应性，对象应该在能够交互的同时保持松散耦合

  • 责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）
  • 命令模式（Command Pattern）
  • 解释器模式（Interpreter Pattern）
  • 迭代器模式（Iterator Pattern）
  • 中介者模式（Mediator Pattern）
  • 备忘录模式（Memento Pattern）
  • 观察者模式（Observer Pattern）
  • 状态模式（State Pattern）
  • 策略模式（Strategy Pattern）
  • 模板模式（Template Pattern）
  • 访问者模式（Visitor Pattern）

设计模式与系统架构、框架的关系

• 架构：架构是一个蓝图，是一种设计方案，将不同需求抽象成为抽象组件，并且能够描述这些抽象组件之间是如何交互协作、完成工作、解决现实问题的。
• 框架：一组组件，处理了系统中大部分的细节问题，开发者选用框架之后可以快速可靠的完成开发者想要的系统。框架一般是成熟的，不断升级的软件。
• 设计模式：一类问题的解决方案，是一种知道，当开发者遇到问题时，设计模式给出一套可靠的解决方案。设计模式是解决问题的一中思想和方案。
  三者同是为了解决现实中的一些问题而出现的，但是架构应该是最大范畴的概念，是最高层次的概念，而框架是针对共性抽象出来的半成品，这里面可以包含多种设计模式，设计模式的范畴在三者之间是最小的

其他

• 类与类之间的关系

  • 泛化(Generalization)：继承关系，描述父类与子类之间的关系，使用继承机制实现泛化关系

    1. 子类与父类应该完全一致，父类所具有的属性、操作，子类应该都有
    2. 子类中除了与父类一致的信息以外，还包括额外的信息
    3. 可以使用父类的实例的地方，也可以使用子类的实例
       在UML中，泛化关系使用带空心三角形的直线表示，由子类一方指向父类一方

  • 实现(Implementation)：用来规定接口和实现接口的类或者构建结构的关系，接口是操作的集合，而这些操作就用于规定类或者构建的一种服务。接口之间也可以有与类之间关系类似的继承关系和依赖关系，但是接口和类之间还存在一种实现关系(Realization)，在这种关系中，类实现了接口，类中的操作实现了接口中所声明的操作。

    在UML中，类与接口之间的实现关系用带空心三角形的虚线来表示

  • 关联(Association)：结构化关系，用于表示一类对象与另一类对象之间有联系，通常将一个类的对象作为另一个类的属性。

    1. 双向关联
    2. 单向关联
    3. 自关联：一些类的属性对象类型为该类本身
    4. 多重性关联关系(Multiplicity)：表示一个类的对象与另一个类对象连接的个数
       在UML中，关联关系使用一条直线表示，单向关联使用带箭头的直线表示

    表示方式	多重性说明
    1..1	表示另一个类的一个对象与一个该类对象有关系，一对一
    0..*	表示另一个类的一个对象与0个或多个该类对象有关系，一对多或一对0
    1..*	表示另一个类的一个对象与一个或多个该类对象有关系，一对一或一对多
    0..1	表示另一个类的一个对象与0个或一个该类的对象有关系一对一或一对0
    m..n	表示另一个类的一个对象与最少m、最多n个该类对象有关系，一对多

  • 组合(Composition)：整体与部分的关系，部分不可以脱离整体独立存在，同生共死的关系。成员类是整体类的一部分，而且整体类可以控制成员类的生命周期，即成员类的存在依赖于整体类。

    在UML中，组合关系用带实心菱形的直线表示,由部分的一方指向整体的一方

  • 聚合(Aggregation)：整体和部分的关系，部分可以脱离整体独立存在.通常在定义一个整体类后，再去分析这个整体类的组成结构，从而找出一些成员类，该整体类和成员类之间就形成了聚合关系。

    在UML中，聚合关系用带空心菱形的直线表示,由部分的一方指向整体的一方

  • 依赖(Dependency)：使用关系，特定事物的改变有可能会影响到使用该事物的其他事物，在需要表示一个事物需要使用另一个事物时，使用依赖关系，大多数情况下，依赖关系体现在某一个类中的方法使用另一个类的对象作为参数

    1. A类是B类中的（某中方法的）局部变量
    2. A类是B类方法当中的一个参数
    3. A类向B类发送消息，从而影响B类发生变化
       在UML中，依赖关系使用带箭头的虚线表示，由依赖的一方指向被依赖的一方。