软件设计模式培训

软件设计模式培训演讲人：日期：FROMBAIDU软件设计模式概述创建型设计模式结构型设计模式行为型设计模式设计模式实践应用总结与展望目录CONTENTSFROMBAIDU01软件设计模式概述FROMBAIDUCHAPTER设计模式定义设计模式是在软件设计中频繁遇到的问题的解决方案，是前人经验的总结和提炼，可重复用于不同场景。设计模式分类根据设计模式的用途和目的，可将其分为创建型、结构型和行为型三类。创建型模式关注对象的创建过程；结构型模式关注类和对象的组合；行为型模式关注对象之间的通信和职责分配。设计模式定义与分类重要性设计模式可以提高软件的可维护性、可重用性和可扩展性，降低软件开发的复杂度和风险。应用场景设计模式广泛应用于各种软件开发场景，如企业级应用开发、游戏开发、嵌入式系统开发等。通过使用设计模式，开发人员可以更加高效地解决常见问题，提高开发效率和质量。设计模式重要性及应用场景学习目标掌握常见的设计模式及其应用场景，能够灵活运用设计模式解决实际问题；了解设计模式的优缺点及适用场景，避免滥用设计模式；培养良好的设计思维和编程习惯，提高代码质量和可维护性。课程安排课程将按照设计模式的分类进行组织，先介绍创建型模式，然后介绍结构型模式和行为型模式；每个模式将结合实际案例进行讲解，包括模式的定义、应用场景、实现方式和优缺点等；课程最后将进行总结和回顾，帮助学员巩固所学知识。学习目标与课程安排02创建型设计模式FROMBAIDUCHAPTER工厂方法模式是一种创建型设计模式，其在父类中定义一个创建对象的方法，但具体的实现由子类负责。定义使得创建对象的过程延迟到子类中进行，客户端不需要知道具体的产品类名，只需要知道对应的工厂即可。优点每增加一个产品，就需要增加一个对应的工厂类，增加了类的个数。缺点适用于需要创建一系列产品，但具体产品类可能会变化的情况。应用场景工厂方法模式抽象工厂模式定义抽象工厂模式是一种创建型设计模式，其提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类。优点隔离了具体类的生成，使得客户端不需要知道什么被创建，而且更换产品族容易。缺点难以支持新种类的产品，因为抽象工厂接口确定了可以被创建的产品集合。应用场景适用于系统要独立于产品的创建与组合时，以及强调一系列相关的产品对象的设计。定义优点缺点应用场景单例模式在内存里只有一个实例，减少了内存的开销；避免对资源的多重占用。没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。适用于需要频繁进行创建和销毁的对象，以及创建对象时耗时过多或耗费资源过多的情况。单例模式是一种创建型设计模式，其确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。定义建造者模式是一种创建型设计模式，其将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。使得建造代码与表示代码分离，由于建造者隐藏了该产品是如何组装的，所以若需要改变一个产品的内部表示，只需要再定义一个具体的建造者来实现。产品必须有共同点，范围有限制，如内部变化复杂，会有很多的建造类。适用于需要生成的产品对象有复杂的内部结构，以及需要灵活的对象构造过程的情况。优点缺点应用场景建造者模式定义原型模式是一种创建型设计模式，其用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。缺点配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。应用场景适用于资源优化场景，类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等；性能和安全要求的场景等。优点性能提高，逃避了构造函数的约束，减少了子类的实例。原型模式03结构型设计模式FROMBAIDUCHAPTER适配器模式定义缺点类型优点将一个类的接口转换成客户端所期望的另一种接口，从而使原本因接口不匹配而无法一起工作的两个类能够一起工作。类适配器模式、对象适配器模式。可以让任何两个没有关联的类一起运行；提高了类的复用；增加了类的透明度；灵活性好。过多地使用适配器，会让系统非常零乱，不易整体进行把握。定义组成优点缺点桥接模式01020304将抽象部分与实现部分分离，使它们都可以独立的变化。抽象化、实现化、抽象化实现、具体实现。分离抽象接口及其实现部分；提高了比继承更好的解决方案；提高代码的可扩展性。增加系统的理解与设计难度；抽象化层次过多，会增加系统的开发成本。定义将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。优点高层模块调用简单；节点自由增加。结构组件、叶子节点、组合。缺点使设计变得更加抽象；增加系统的复杂度。组合模式定义组成优点缺点装饰器模式动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说，装饰器模式相比生成子类更为灵活。比静态继承更灵活；避免在层次结构高层的类有太多的特征。抽象构件、具体构件、抽象装饰类、具体装饰类。多层装饰比较复杂。定义结构优点缺点外观模式为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，外观模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。子系统、外观类、客户端。减少系统相互依赖；提高灵活性；提高了安全性。不符合开闭原则，如果要修改很麻烦，继承重写又会增加工作量。享元模式定义为运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。结构抽象享元类、具体享元类、享元工厂类。优点大大减少应用程序的创建对象，降低程序内存的占用，增强程序的性能。缺点提高了系统的复杂度，需要分离出外部状态和内部状态，而且外部状态具有固有化的特性，不应该随着内部状态的变化而变化。代理模式定义缺点结构优点为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。由于在客户端和真实主题之间增加了代理对象，因此有些类型的代理模式可能会造成请求的处理速度变慢。抽象主题类、具体主题类、代理类。职责清晰；高扩展性；智能化。04行为型设计模式FROMBAIDUCHAPTER应用场景多个子类有公有的方法，并且逻辑基本相同时。定义在一个方法中定义一个算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。优点封装不变部分，扩展可变部分；提取公共代码，便于维护；行为由父类控制，子类实现。缺点每一个不同的实现都需要一个子类来实现，导致类的个数增加，使得系统更加庞大。模板方法模式策略模式定义定义一系列的算法，并且每一个算法都封装起来，使它们可以互相替换。策略模式使得算法可以独立于使用它的客户端变化。缺点策略类会增多；所有策略类对外暴露。优点算法可以自由切换；避免使用多重条件判断；扩展性良好。应用场景需要在不同时间应用不同的业务规则时。定义定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。优点观察者和被观察者是抽象耦合的；建立一套触发机制。观察者模式缺点如果一个被观察者对象有很多的直接和间接的观察者的话，将所有的观察者都通知到会花费很多时间；如果在观察者和观察目标之间有循环依赖的话，观察目标会触发它们之间进行循环调用，可能导致系统崩溃；观察者模式没有相应的机制让观察者知道所观察的目标对象是怎么发生变化的，而仅仅只是知道观察目标发生了变化。应用场景一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一个方面。将这些方面封装在独立的对象中使它们可以各自独立地改变和复用；一个对象的改变将导致其他一个或多个对象也发生改变，而不知道具体有多少对象将发生改变，可以降低对象之间的耦合度；一个对象必须通知其他对象，而并不知道这些对象是谁。观察者模式定义提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部表示。优点访问一个聚合对象的内容而无需暴露它的内部表示；遍历任务交由迭代器完成；支持以不同方式遍历一个聚合；简化聚合类；在同一个聚合上可以有多个遍历；在迭代器模式中，增加新的聚合类和迭代器类都很方便，无须修改原有代码，满足“开闭原则”的要求。缺点由于迭代器模式将存储数据和遍历数据的职责分离，增加新的聚合类需要对应增加新的迭代器类，类的个数成对增加，这在一定程度上增加了系统的复杂性。迭代子模式应用场景访问一个聚合对象的内容而无需暴露它的内部表示；需要为聚合对象提供多种遍历方式；为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口。迭代子模式使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。定义降低耦合度；简化了对象；增强给对象指派职责的灵活性；增加新的请求处理类很方便。优点不能保证请求一定被接收；系统可能有多个请求处理者，系统结构变得复杂；请求可能没有接收者，容易造成数据丢失。缺点有多个对象可以处理一个请求，哪个对象处理该请求运行时刻自动确定；在不明确指定接收者的情况下，向多个对象中的一个提交一个请求；可动态指定一组对象接收请求。应用场景责任链模式输入标题优点定义备忘录模式在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。以后可以将该对象恢复到原先保存的状态。需要保存/恢复数据的相关状态场景；提供一个可回滚的操作。消耗资源，如果每个状态都要保存而状态量又很大的话，会占用大量的内存。提供了一种状态恢复的机制，使得用户可以方便地回到某个历史的状态；实现了信息的封装，使得用户不需要关心状态的保存细节。应用场景缺点定义当一个对象的内在状态改变时允许改变其行为，这个对象看起来像是改变了其类。优点将与特定状态相关的行为局部化，并且将不同状态的行为分割开来；所有状态相关的代码都存在于某个ConcreteState中，所以通过定义新的子类很容易地增加新的状态和转换；状态转换可以很容易地被理解和实现；避免大量的条件语句；可以让多个环境对象共享一个状态对象，从而减少系统中对象的个数。状态模式缺点状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数；状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱；状态模式对“开闭原则”的支持并不太好，对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码，否则无法切换到新增状态，而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。应用场景行为状态模式05设计模式实践应用FROMBAIDUCHAPTER根据软件设计中遇到的具体问题，选择最合适的设计模式进行解决。针对问题选择考虑可扩展性遵循设计原则选择的设计模式应具有良好的可扩展性，以适应未来可能的需求变化。在选择设计模式时，应遵循面向对象的设计原则，如单一职责原则、开放封闭原则等。030201设计模式选择原则通过应用设计模式，可以提高代码的复用性，减少重复代码的开发。提高代码复用性合理的设计模式应用可以降低系统的复杂性，提高系统的稳定性和可维护性。增强系统稳定性一些设计模式的应用可以对系统性能进行优化，提高系统的运行效率。优化系统性能设计模式在软件开发中应用

设计模式与框架关系探讨设计模式与框架的互补性设计模式和框架在解决软件设计问题时具有互补性，可以相互结合使用。设计模式在框架中的应用许多成熟的框架中都广泛应用了设计模式，以提高框架的灵活性和可扩展性。框架对设计模式的支持优秀的框架应该提供对常见设计模式的良好支持，简化开发人员在应用设计模式时的难度。实际案例分析单例模式在日志系统中的应用观察者模式在事件驱动系统中的应用策略模式在算法选择中的应用装饰器模式在功能扩展中的应用案例一案例二案例三案例四06总结与展望FROMBAIDUCHAPTER掌握了设计模式的定义、分类和基本原则，理解了其在软件开发中的重要性。设计模式基本概念深入学习了单例模式、工厂模式、观察者模式等常用设计模式，掌握了它们的适用场景和实现方式。常用设计模式通过案例分析、编程练习等方式，将设计模式应用于实际项目中，提高了解决问题的能力。设计模式实践课程回顾与总结随着软件技术的不断发展，设计模式将更加注重实用性、灵活