軟件設計模式培訓

軟件設計模式培訓演講人：日期：FROMBAIDU軟件設計模式概述創(chuàng)建型設計模式結構型設計模式行為型設計模式設計模式實踐應用總結與展望目錄CONTENTSFROMBAIDU01軟件設計模式概述FROMBAIDUCHAPTER設計模式定義設計模式是在軟件設計中頻繁遇到的問題的解決方案，是前人經(jīng)驗的總結和提煉，可重復用于不同場景。設計模式分類根據(jù)設計模式的用途和目的，可將其分為創(chuàng)建型、結構型和行為型三類。創(chuàng)建型模式關注對象的創(chuàng)建過程；結構型模式關注類和對象的組合；行為型模式關注對象之間的通信和職責分配。設計模式定義與分類重要性設計模式可以提高軟件的可維護性、可重用性和可擴展性，降低軟件開發(fā)的復雜度和風險。應用場景設計模式廣泛應用于各種軟件開發(fā)場景，如企業(yè)級應用開發(fā)、游戲開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等。通過使用設計模式，開發(fā)人員可以更加高效地解決常見問題，提高開發(fā)效率和質量。設計模式重要性及應用場景學習目標掌握常見的設計模式及其應用場景，能夠靈活運用設計模式解決實際問題；了解設計模式的優(yōu)缺點及適用場景，避免濫用設計模式；培養(yǎng)良好的設計思維和編程習慣，提高代碼質量和可維護性。課程安排課程將按照設計模式的分類進行組織，先介紹創(chuàng)建型模式，然后介紹結構型模式和行為型模式；每個模式將結合實際案例進行講解，包括模式的定義、應用場景、實現(xiàn)方式和優(yōu)缺點等；課程最后將進行總結和回顧，幫助學員鞏固所學知識。學習目標與課程安排02創(chuàng)建型設計模式FROMBAIDUCHAPTER工廠方法模式是一種創(chuàng)建型設計模式，其在父類中定義一個創(chuàng)建對象的方法，但具體的實現(xiàn)由子類負責。定義使得創(chuàng)建對象的過程延遲到子類中進行，客戶端不需要知道具體的產(chǎn)品類名，只需要知道對應的工廠即可。優(yōu)點每增加一個產(chǎn)品，就需要增加一個對應的工廠類，增加了類的個數(shù)。缺點適用于需要創(chuàng)建一系列產(chǎn)品，但具體產(chǎn)品類可能會變化的情況。應用場景工廠方法模式抽象工廠模式定義抽象工廠模式是一種創(chuàng)建型設計模式，其提供一個接口，用于創(chuàng)建相關或依賴對象的家族，而不需要明確指定具體類。優(yōu)點隔離了具體類的生成，使得客戶端不需要知道什么被創(chuàng)建，而且更換產(chǎn)品族容易。缺點難以支持新種類的產(chǎn)品，因為抽象工廠接口確定了可以被創(chuàng)建的產(chǎn)品集合。應用場景適用于系統(tǒng)要獨立于產(chǎn)品的創(chuàng)建與組合時，以及強調(diào)一系列相關的產(chǎn)品對象的設計。定義優(yōu)點缺點應用場景單例模式在內(nèi)存里只有一個實例，減少了內(nèi)存的開銷；避免對資源的多重占用。沒有接口，不能繼承，與單一職責原則沖突，一個類應該只關心內(nèi)部邏輯，而不關心外面怎么樣來實例化。適用于需要頻繁進行創(chuàng)建和銷毀的對象，以及創(chuàng)建對象時耗時過多或耗費資源過多的情況。單例模式是一種創(chuàng)建型設計模式，其確保某一個類只有一個實例，而且自行實例化并向整個系統(tǒng)提供這個實例。定義建造者模式是一種創(chuàng)建型設計模式，其將一個復雜對象的構建與它的表示分離，使得同樣的構建過程可以創(chuàng)建不同的表示。使得建造代碼與表示代碼分離，由于建造者隱藏了該產(chǎn)品是如何組裝的，所以若需要改變一個產(chǎn)品的內(nèi)部表示，只需要再定義一個具體的建造者來實現(xiàn)。產(chǎn)品必須有共同點，范圍有限制，如內(nèi)部變化復雜，會有很多的建造類。適用于需要生成的產(chǎn)品對象有復雜的內(nèi)部結構，以及需要靈活的對象構造過程的情況。優(yōu)點缺點應用場景建造者模式定義原型模式是一種創(chuàng)建型設計模式，其用原型實例指定創(chuàng)建對象的種類，并且通過拷貝這些原型創(chuàng)建新的對象。缺點配備克隆方法需要對類的功能進行通盤考慮，這對于全新的類不是很難，但對于已有的類不一定很容易，特別當一個類引用不支持串行化的間接對象，或者引用含有循環(huán)結構的時候。應用場景適用于資源優(yōu)化場景，類初始化需要消化非常多的資源，這個資源包括數(shù)據(jù)、硬件資源等；性能和安全要求的場景等。優(yōu)點性能提高，逃避了構造函數(shù)的約束，減少了子類的實例。原型模式03結構型設計模式FROMBAIDUCHAPTER適配器模式定義缺點類型優(yōu)點將一個類的接口轉換成客戶端所期望的另一種接口，從而使原本因接口不匹配而無法一起工作的兩個類能夠一起工作。類適配器模式、對象適配器模式?？梢宰屓魏蝺蓚€沒有關聯(lián)的類一起運行；提高了類的復用；增加了類的透明度；靈活性好。過多地使用適配器，會讓系統(tǒng)非常零亂，不易整體進行把握。定義組成優(yōu)點缺點橋接模式01020304將抽象部分與實現(xiàn)部分分離，使它們都可以獨立的變化。抽象化、實現(xiàn)化、抽象化實現(xiàn)、具體實現(xiàn)。分離抽象接口及其實現(xiàn)部分；提高了比繼承更好的解決方案；提高代碼的可擴展性。增加系統(tǒng)的理解與設計難度；抽象化層次過多，會增加系統(tǒng)的開發(fā)成本。定義將對象組合成樹形結構以表示“部分-整體”的層次結構。組合模式使得用戶對單個對象和組合對象的使用具有一致性。優(yōu)點高層模塊調(diào)用簡單；節(jié)點自由增加。結構組件、葉子節(jié)點、組合。缺點使設計變得更加抽象；增加系統(tǒng)的復雜度。組合模式定義組成優(yōu)點缺點裝飾器模式動態(tài)地給一個對象添加一些額外的職責。就增加功能來說，裝飾器模式相比生成子類更為靈活。比靜態(tài)繼承更靈活；避免在層次結構高層的類有太多的特征。抽象構件、具體構件、抽象裝飾類、具體裝飾類。多層裝飾比較復雜。定義結構優(yōu)點缺點外觀模式為子系統(tǒng)中的一組接口提供一個一致的界面，外觀模式定義了一個高層接口，這個接口使得這一子系統(tǒng)更加容易使用。子系統(tǒng)、外觀類、客戶端。減少系統(tǒng)相互依賴；提高靈活性；提高了安全性。不符合開閉原則，如果要修改很麻煩，繼承重寫又會增加工作量。享元模式定義為運用共享技術有效地支持大量細粒度的對象。結構抽象享元類、具體享元類、享元工廠類。優(yōu)點大大減少應用程序的創(chuàng)建對象，降低程序內(nèi)存的占用，增強程序的性能。缺點提高了系統(tǒng)的復雜度，需要分離出外部狀態(tài)和內(nèi)部狀態(tài)，而且外部狀態(tài)具有固有化的特性，不應該隨著內(nèi)部狀態(tài)的變化而變化。代理模式定義缺點結構優(yōu)點為其他對象提供一種代理以控制對這個對象的訪問。由于在客戶端和真實主題之間增加了代理對象，因此有些類型的代理模式可能會造成請求的處理速度變慢。抽象主題類、具體主題類、代理類。職責清晰；高擴展性；智能化。04行為型設計模式FROMBAIDUCHAPTER應用場景多個子類有公有的方法，并且邏輯基本相同時。定義在一個方法中定義一個算法的骨架，而將一些步驟延遲到子類中。模板方法使得子類可以不改變一個算法的結構即可重定義該算法的某些特定步驟。優(yōu)點封裝不變部分，擴展可變部分；提取公共代碼，便于維護；行為由父類控制，子類實現(xiàn)。缺點每一個不同的實現(xiàn)都需要一個子類來實現(xiàn)，導致類的個數(shù)增加，使得系統(tǒng)更加龐大。模板方法模式策略模式定義定義一系列的算法，并且每一個算法都封裝起來，使它們可以互相替換。策略模式使得算法可以獨立于使用它的客戶端變化。缺點策略類會增多；所有策略類對外暴露。優(yōu)點算法可以自由切換；避免使用多重條件判斷；擴展性良好。應用場景需要在不同時間應用不同的業(yè)務規(guī)則時。定義定義對象間的一種一對多的依賴關系，當一個對象的狀態(tài)發(fā)生改變時，所有依賴于它的對象都得到通知并被自動更新。優(yōu)點觀察者和被觀察者是抽象耦合的；建立一套觸發(fā)機制。觀察者模式缺點如果一個被觀察者對象有很多的直接和間接的觀察者的話，將所有的觀察者都通知到會花費很多時間；如果在觀察者和觀察目標之間有循環(huán)依賴的話，觀察目標會觸發(fā)它們之間進行循環(huán)調(diào)用，可能導致系統(tǒng)崩潰；觀察者模式?jīng)]有相應的機制讓觀察者知道所觀察的目標對象是怎么發(fā)生變化的，而僅僅只是知道觀察目標發(fā)生了變化。應用場景一個抽象模型有兩個方面，其中一個方面依賴于另一個方面。將這些方面封裝在獨立的對象中使它們可以各自獨立地改變和復用；一個對象的改變將導致其他一個或多個對象也發(fā)生改變，而不知道具體有多少對象將發(fā)生改變，可以降低對象之間的耦合度；一個對象必須通知其他對象，而并不知道這些對象是誰。觀察者模式定義提供一種方法順序訪問一個聚合對象中各個元素，而又不需暴露該對象的內(nèi)部表示。優(yōu)點訪問一個聚合對象的內(nèi)容而無需暴露它的內(nèi)部表示；遍歷任務交由迭代器完成；支持以不同方式遍歷一個聚合；簡化聚合類；在同一個聚合上可以有多個遍歷；在迭代器模式中，增加新的聚合類和迭代器類都很方便，無須修改原有代碼，滿足“開閉原則”的要求。缺點由于迭代器模式將存儲數(shù)據(jù)和遍歷數(shù)據(jù)的職責分離，增加新的聚合類需要對應增加新的迭代器類，類的個數(shù)成對增加，這在一定程度上增加了系統(tǒng)的復雜性。迭代子模式應用場景訪問一個聚合對象的內(nèi)容而無需暴露它的內(nèi)部表示；需要為聚合對象提供多種遍歷方式；為遍歷不同的聚合結構提供一個統(tǒng)一的接口。迭代子模式使多個對象都有機會處理請求，從而避免請求的發(fā)送者和接收者之間的耦合關系。將這些對象連成一條鏈，并沿著這條鏈傳遞該請求，直到有一個對象處理它為止。定義降低耦合度；簡化了對象；增強給對象指派職責的靈活性；增加新的請求處理類很方便。優(yōu)點不能保證請求一定被接收；系統(tǒng)可能有多個請求處理者，系統(tǒng)結構變得復雜；請求可能沒有接收者，容易造成數(shù)據(jù)丟失。缺點有多個對象可以處理一個請求，哪個對象處理該請求運行時刻自動確定；在不明確指定接收者的情況下，向多個對象中的一個提交一個請求；可動態(tài)指定一組對象接收請求。應用場景責任鏈模式輸入標題優(yōu)點定義備忘錄模式在不破壞封裝性的前提下，捕獲一個對象的內(nèi)部狀態(tài)，并在該對象之外保存這個狀態(tài)。以后可以將該對象恢復到原先保存的狀態(tài)。需要保存/恢復數(shù)據(jù)的相關狀態(tài)場景；提供一個可回滾的操作。消耗資源，如果每個狀態(tài)都要保存而狀態(tài)量又很大的話，會占用大量的內(nèi)存。提供了一種狀態(tài)恢復的機制，使得用戶可以方便地回到某個歷史的狀態(tài)；實現(xiàn)了信息的封裝，使得用戶不需要關心狀態(tài)的保存細節(jié)。應用場景缺點定義當一個對象的內(nèi)在狀態(tài)改變時允許改變其行為，這個對象看起來像是改變了其類。優(yōu)點將與特定狀態(tài)相關的行為局部化，并且將不同狀態(tài)的行為分割開來；所有狀態(tài)相關的代碼都存在于某個ConcreteState中，所以通過定義新的子類很容易地增加新的狀態(tài)和轉換；狀態(tài)轉換可以很容易地被理解和實現(xiàn)；避免大量的條件語句；可以讓多個環(huán)境對象共享一個狀態(tài)對象，從而減少系統(tǒng)中對象的個數(shù)。狀態(tài)模式缺點狀態(tài)模式的使用必然會增加系統(tǒng)類和對象的個數(shù)；狀態(tài)模式的結構與實現(xiàn)都較為復雜，如果使用不當將導致程序結構和代碼的混亂；狀態(tài)模式對“開閉原則”的支持并不太好，對于可以切換狀態(tài)的狀態(tài)模式，增加新的狀態(tài)類需要修改那些負責狀態(tài)轉換的源代碼，否則無法切換到新增狀態(tài)，而且修改某個狀態(tài)類的行為也需修改對應類的源代碼。應用場景行為狀態(tài)模式05設計模式實踐應用FROMBAIDUCHAPTER根據(jù)軟件設計中遇到的具體問題，選擇最合適的設計模式進行解決。針對問題選擇考慮可擴展性遵循設計原則選擇的設計模式應具有良好的可擴展性，以適應未來可能的需求變化。在選擇設計模式時，應遵循面向對象的設計原則，如單一職責原則、開放封閉原則等。030201設計模式選擇原則通過應用設計模式，可以提高代碼的復用性，減少重復代碼的開發(fā)。提高代碼復用性合理的設計模式應用可以降低系統(tǒng)的復雜性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護性。增強系統(tǒng)穩(wěn)定性一些設計模式的應用可以對系統(tǒng)性能進行優(yōu)化，提高系統(tǒng)的運行效率。優(yōu)化系統(tǒng)性能設計模式在軟件開發(fā)中應用

設計模式與框架關系探討設計模式與框架的互補性設計模式和框架在解決軟件設計問題時具有互補性，可以相互結合使用。設計模式在框架中的應用許多成熟的框架中都廣泛應用了設計模式，以提高框架的靈活性和可擴展性。框架對設計模式的支持優(yōu)秀的框架應該提供對常見設計模式的良好支持，簡化開發(fā)人員在應用設計模式時的難度。實際案例分析單例模式在日志系統(tǒng)中的應用觀察者模式在事件驅動系統(tǒng)中的應用策略模式在算法選擇中的應用裝飾器模式在功能擴展中的應用案例一案例二案例三案例四06總結與展望FROMBAIDUCHAPTER掌握了設計模式的定義、分類和基本原則，理解了其在軟件開發(fā)中的重要性。設計模式基本概念深入學習了單例模式、工廠模式、觀察者模式等常用設計模式，掌握了它們的適用場景和實現(xiàn)方式。常用設計模式通過案例分析、編程練習等方式，將設計模式應用于實際項目中，提高了解決問題的能力。設計模式實踐課程回顧與總結隨著軟件技術的不斷發(fā)展，設計模式將更加注重實用性、靈活