软件体系结构第8讲

1软件体系结构

第8讲：设计模式（一）江贺共四十页2内容简介：设计模式概念设计模式的描述实例研究(yánjiū)：文档编辑器LexiLexi的文档结构与组合（Composite）模式共四十页3设计模式概念(gàiniàn)ChristopherAlexander:“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的工作。”《设计模式：可复用面向对象软件的基础》：设计模式是“对被用来在特定(tèdìng)场景下解决一般设计问题的类和相互通信的对象的描述”共四十页4设计模式概念(gàiniàn)设计模式的四个基本要素：模式名称(PatternName):一个助记名，它用一两个词来描述模式的问题、解决方案和效果。问题(Problem)：描述了应该在何时(héshí)使用模式。解决方案(Solution)描述了设计的组成部分，它们之间的相互关系和各自的职责和协作方式。效果（Consequence）描述了模式应用的效果及使用模式应该权衡的问题。共四十页5设计模式概念(gàiniàn)共四十页6设计模式的描述(miáoshù)模式名和分类模式名简洁地描述了模式的本质(běnzhì)。模式可以分为创建型、结构型、行为型。意图是回答下列问题的简单陈述：设计模式是做什么的？它的基本原理和意图是什么？它解决的是什么样的特定设计问题？别名模式的其他名称。共四十页7设计模式的描述(miáoshù)动机举例说明一个设计问题以及如何用模式中的类、对象来解决该问题的特定情境。该情景会帮助你理解随后对模式更抽象的描述。适用性在什么情况下可以使用(shǐyòng)该模式？该模式可以用来改进哪些不良设计？你怎样识别这些情况？结构对模式中的类进行图形描述，说明对象之间的请求序列和协作关系。共四十页8设计模式的描述(miáoshù)参与者设计模式中的各个对象、类以及它们各自的职责。协作模式的参与者如何(rúhé)协作以实现它们的职责。效果模式怎样支持它的目标？使用模式的效果和所需做的权衡取舍？系统结构的哪些方面可以独立改变？共四十页9设计模式的描述(miáoshù)实现实现模式时需要知道的一些提示、技术要点及应该避免的缺陷，以及是否存在某些特定于实现语言的问题。代码示例用C++/Smalltalk实现该模式的代码片段。已知应用(yìngyòng)实际应用系统中发现该模式的例子。相关模式共四十页10实例(shílì)研究：文档编辑器Lexi共四十页11实例(shílì)研究：文档编辑器LexiLexi设计中的7个问题(wèntí)文档结构：文本的数据结构安排。所有的编辑、格式安排、显示和文本分析都涉及到这样的文档结构。格式化：Lexi是如何来创建数据结构的？那些对象负责不同的格式化策略？修饰用户界面：Lexi的用户界面包括滚动条、边界和用来修饰文档界面的阴影。共四十页12实例(shílì)研究：文档编辑器Lexi支持多种视感标准（look-and-feel）:Lexi应该不需做较大修改即可以适应不同的视感标准，如Motif支持多种窗口系统：不同视感标准通常是在不同的窗口系统上实现的。Lexi的设计应该尽可能独立于窗口系统。用户操作：用户通过不同的界面操作Lexi，包括按钮和下拉菜单。拼写检查和连字符：Lexi如何支持像拼写检查和决定连字符的连字点这样的分析操作？当我们(wǒmen)不得不增加一个新的分析操作时，如何尽量少修改相关类。共四十页13Lexi的文档结构与组合(zǔhé)（Composite）模式Lexi考虑的其实是如何来安排字符、线段、多边形、图像等的基本元素。用户使用Lexi过程中，希望操作(cāozuò)的既可以是单个字符、也可以是行、栏、表格、页等。行、栏、表格、页等都属于子结构，而这些子结构又可以包含更小粒度的子结构。字符、线段等可以看作是不包含子结构的原子型结构。共四十页14Lexi的文档结构(jiégòu)与组合（Composite）模式字符(zìfú)、图片、行、栏共四十页15Lexi的文档结构(jiégòu)与组合（Composite）模式字符(zìfú)、线段等原子型结构与一般子结构的关系栏行共四十页16字符、线段(xiànduàn)等原子型结构与一般子结构的动作基本一样：Draw在屏幕上画出自己Intersects判断当前光标是否落在自己上面字符、线段等原子型结构与一般子结构的均可以从同一个基类继承而来。Lexi的文档结构(jiégòu)与组合（Composite）模式共四十页17图元共四十页18字符、线段等原子(yuánzǐ)型结构与一般子结构的均从图元继承而来。其中，比如行、栏等类中包含了大量的成员变量，这些成员变量又是图元的实例。字符、线段等原子型结构与一般子结构的这种关系，实际上就是一种组合（Composite）模式Lexi的文档结构与组合(zǔhé)（Composite）模式共四十页19组合（Composite）模式意图(yìtú)将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite使得用户对于单个对象和组合对象的使用具有一致性。Lexi的文档结构(jiégòu)与组合（Composite）模式共四十页20组合（Composite）模式动机在图形编辑器和图形捕获系统这样的应用程序中，用户可以使用简单的构件创建复杂的图表。用户可以组合多个简单构件以形成一些较大(jiàodà)的构件，而这些构件又可以组合成更大的构件。一种简单实现方法是将不同粒度的构件用不同的类来定义，例如为字符、线等简单图元定义一些类，而为行、栏定义另外一些类作为简单图元的容器类。但是用户在使用过程中可能将这些容器类的行为看成和简单图元类一样！而Composite模式试图解决这样的问题，它描述了如何使用递归组合，使得用户不必对这些类进行区别，如图所示。 Lexi的文档结构与组合(zǔhé)（Composite）模式共四十页21抽象(chōuxiàng)基类既要能够反映原子图元的特性，又要能够反映一般子结构的特性共四十页22共四十页23组合（Composite）模式适用性在以下情况下使用Composite模式希望表示对象的部分-整体层次结构希望用户忽略(hūlüè)组合对象与单个对象的不同，用户将统一地使用组合结构中的所有对象

Lexi的文档结构与组合(zǔhé)（Composite）模式共四十页24Lexi的文档结构(jiégòu)与组合（Composite）模式组合（Composite）模式(móshì)结构共四十页25Lexi的文档结构与组合(zǔhé)（Composite）模式共四十页26组合（Composite）模式参与者Component(Graphic)为组合中的对象声明接口在适当的情况下，实现所有类共有接口的缺省行为声明一个接口用于访问和管理Component的子组件在递归结构中定义一个接口，用于访问一个父组件，并在合适的情况下实现它Leaf(Rectangle,Line,Text等)在组合中表示叶节点对象，叶节点没有子节点在组合中定义图元对象的行为Composite（Picture）定义有子部件(bùjiàn)的那些部件(bùjiàn)的行为存储子部件在Component接口中实现与子部件有关的操作。Client通过Component接口操纵组合部件的对象。Lexi的文档结构(jiégòu)与组合（Composite）模式共四十页27组合（Composite）模式协作用户(yònghù)使用Component类接口与组合结构中的对象进行交互。如果接受者是一个叶节点，则直接处理请求。如果接受者是Composite，则它通常将请求发送给它的子部件，在转发请求前/后可能执行一些辅助性操作。Lexi的文档结构(jiégòu)与组合（Composite）模式共四十页28组合（Composite）模式效果定义了包含基本对象和组合对象的类层次结构基本对象可以被组合成更复杂的组合对象，而这个组合对象又可以被组合。简化客户代码客户可以一致地使用组合结构和单个对象。通常客户不知道也不关心处理的是一个叶节点还是一个组合组件。这就简化了客户代码，因为在定义组合的那些类中不需要写一些(yīxiē)充斥着选择语句的函数。使得更容易增加新类型的组件新定义的Composite或Leaf子类自动地与已有的结构和客户代码一起工作，客户程序不需因新的Component类而改变。使你的设计变得更加一般化Lexi的文档结构与组合(zǔhé)（Composite）模式共四十页29组合（Composite）模式实现（需要考虑以下几个问题）显式的父部件引用共享组件最大化Component接口(jiēkǒu)声明管理子部件的操作Component是否应该实现一个Component列表子部件排序使用高速缓冲存储改善性能应该由谁删除Component存储组件最好用哪一种数据结构Lexi的文档结构与组合(zǔhé)（Composite）模式共四十页30代码示例计算机和立体声组合音响这样的设备经常被组装成部分-整体层次结构或者是容器(róngqì)层次结构。例如，底盘可以包含驱动装置和平面板，总线包含多个插件，机柜包括底盘、总线等。这种结构可以很自然地用Composite模式进行模拟。Lexi的文档结构与组合(zǔhé)（Composite）模式共四十页31代码示例Equipment类为在部分-整体(zhěngtǐ)层次结构中的所有设备定义一个接口。classEquipment{public:virtual~Equipment();constchar*Name(){return_name;}virtualWattPower();virtualCurrencyNetPrice();virtualCurrencyDiscountPrice();virtualvoidAdd(Equipment*);virtualvoidRemove(Equipment*);virtualIterator*CreateIterator();protected: Equipment(constchar*);private: constchar*_name;};

Lexi的文档结构与组合(zǔhé)（Composite）模式共四十页32代码示例(shìlì)Equipment的子类包括表示磁盘驱动器、集成电路和开关的Leaf类：classFloppyDisk:publicEquipment{public: FloppyDisk(constchar*); virtual~FloppyDisk(); virtualWattPower(); virtualCurrencyNetPrice(); virtualCurrencyDiscountPrice();};

Lexi的文档结构(jiégòu)与组合（Composite）模式共四十页33代码(dàimǎ)示例CompositeEquipment是包含其他设备的基类，它也是Equipment的子类。classCompositeEquipment:publicEquipment{public: virtual~CompositeEquipment(); virtualWattPower(); virtualCurrencyNetPrice(); virtualCurrencyDiscountPrice(); virtualvoidAdd(Equipment*); virtualvoidRemove(Equipment*); virtualIterator*CreateIterator();protected: CompositeEquipment(constchar*);private: List_equipment;};

Lexi的文档结构与组合(zǔhé)（Composite）模式共四十页34代码示例(shìlì)NetPrice的缺省实现使用CreateIterator来累加子设备的实际价格。CurrencyCompositeEquipment::NetPrice(){Iterator*i=CreateIterator();Currencytotal=0;for(i->First();!i->IsDone();i->Next()){total+=i->CurrentItem()->NetPrice();}deletei;returntotal;}

Lexi的文档结构(jiégòu)与组合（Composite）模式共四十页35代码示例计算机的底盘(dǐpán)被表示为CompositeEquipment的子类Chassis.classChassis:publicCompositeEquipment{public:Chassis(constchar*);virtual~Chassis();virtualWattPower();virtualCurrencyNetPrice();virtualCurrencyDiscountPrice();};

Lexi的文档结构与组合(zǔhé)（Composite）模式共四十页36代码示例采取类似(lèisì)Chassis的方法来定义Cabinet和Bus.这样就得到了组装个人计算机所需的所有设备。Lexi的文档结构与组合(zǔhé)（Composite）模式EquipmentFloppyDiskCompositeEquipmentchildrenChassisCabinetBusSwitch共四十页37代码示例采取类似Chassis的方法来定义Cabinet和Bus.这样就得到(dédào)了组装个人计算机所需的所有设备。 Cabinet*cabinet=newCabinet("PCCabinet"); Chassis*chassis=newChassis("PCChassis");