设计模式

设计模式(一)

Posted by KalosAner on November 29, 2024

1、模板方法（template method）

概念：定义一个操作中的算法的骨架 （稳定），而将一些步骤延迟（变化）到子类中。Template Method使得子类可以不改变（复用）一个算法的结构即可重定义（override 重写）该算法的某些特定步骤。

问题：在软件构建过程中，对于某一项任务，它常常有稳定的整体操作结构，但各个子步骤却有很多改变的需求，或者由于固有的原因（比如框架与应用之间的关系）而无法和任务的整体结构同时实现。

动机：如何在确定稳定操作结构的前提下，来灵活应对各个子步骤的变化或者晚期实现需求？

模板方法模式

总结：使用相对稳定的主流程调用可能会被修改的子函数。早绑定->晚绑定

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//程序库开发人员
class Library{
public:
	//稳定 template method
    void Run(){
        
        Step1();

        if (Step2()) { //支持变化 ==> 虚函数的多态调用
            Step3(); 
        }

        for (int i = 0; i < 4; i++){
            Step4(); //支持变化 ==> 虚函数的多态调用
        }

        Step5();

    }
	virtual ~Library(){ }
protected:
	
	void Step1() { //稳定
        //.....
    }
	void Step3() {//稳定
        //.....
    }
	void Step5() { //稳定
		//.....
	}

	virtual bool Step2() = 0;//变化
    virtual void Step4() =0; //变化
};
//应用程序开发人员
class Application : public Library {
protected:
	virtual bool Step2(){
		//... 子类重写实现
    }

    virtual void Step4() {
		//... 子类重写实现
    }
};
int main()
	{
	    Library* pLib=new Application();
	    lib->Run();

		delete pLib;
	}
}

2、策略模式（Strategy）

概念：定义一系列算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可互相替换（变化）。该模式使得算法可独立于使用它的客户程序（稳定）而变化（扩展，子类化）。

问题：在软件构建过程中，某些对象使用的算法可能多种多样，经常改变，如果将这些算法都编码到对象中，将会使对象变得异常复杂；而且有时候支持不使用的算法也是一个性能负担。

动机：如何在运行时根据需要透明地更改对象的算法？将算法与对象本身解耦，从而避免上述问题？

策略模式

总结：使用多态支持对不同对象相同操作的处理以支持扩展。开放封闭原则

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class TaxStrategy{
public:
    virtual double Calculate(const Context& context)=0;
    virtual ~TaxStrategy(){}
};
class CNTax : public TaxStrategy{
public:
    virtual double Calculate(const Context& context){
        //***********
    }
};
class USTax : public TaxStrategy{
public:
    virtual double Calculate(const Context& context){
        //***********
    }
};
class DETax : public TaxStrategy{
public:
    virtual double Calculate(const Context& context){
        //***********
    }
};
//扩展
//*********************************
class FRTax : public TaxStrategy{
public:
	virtual double Calculate(const Context& context){
		//.........
	}
};


class SalesOrder{
private:
    TaxStrategy* strategy;

public:
    SalesOrder(StrategyFactory* strategyFactory){
        this->strategy = strategyFactory->NewStrategy();
    }
    ~SalesOrder(){
        delete this->strategy;
    }

    public double CalculateTax(){
        //...
        Context context();
        
        double val = 
            strategy->Calculate(context); //多态调用
        //...
    }
    
};

3、观察者模式（Observer）

概念：定义对象间的一种一对多（变化）的依赖关系，以便当一个对象(Subject)的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并自动更新。

问题：在软件构建过程中，我们需要为某些对象建立一种“通知依赖关系” ——一个对象（目标对象）的状态发生改变，所有的依赖对象（观察者对象）都将得到通知。如果这样的依赖关系过于紧密，将使软件不能很好地抵御变化。

动机：使用面向对象技术，可以将这种依赖关系弱化，并形成一种稳定的依赖关系。从而实现软件体系结构的松耦合。

观察者模式

总结：对事件进行封装，避免当事件发生变化时所有依赖于这个事件的对象都要修改。

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class MainForm : public Form, public IProgress
{
	TextBox* txtFilePath;
	TextBox* txtFileNumber;

	ProgressBar* progressBar;

public:
	void Button1_Click(){

		string filePath = txtFilePath->getText();
		int number = atoi(txtFileNumber->getText().c_str());

		ConsoleNotifier cn;

		FileSplitter splitter(filePath, number);

		splitter.addIProgress(this); //订阅通知
		splitter.addIProgress(&cn)； //订阅通知

		splitter.split();

		splitter.removeIProgress(this);

	}

	virtual void DoProgress(float value){
		progressBar->setValue(value);
	}
};

class ConsoleNotifier : public IProgress {
public:
	virtual void DoProgress(float value){
		cout << ".";
	}
};

class IProgress{
public:
	virtual void DoProgress(float value)=0;
	virtual ~IProgress(){}
};


class FileSplitter
{
	string m_filePath;
	int m_fileNumber;

	List<IProgress*>  m_iprogressList; // 抽象通知机制，支持多个观察者
	
public:
	FileSplitter(const string& filePath, int fileNumber) :
		m_filePath(filePath), 
		m_fileNumber(fileNumber){

	}


	void split(){

		//1.读取大文件

		//2.分批次向小文件中写入
		for (int i = 0; i < m_fileNumber; i++){
			//...

			float progressValue = m_fileNumber;
			progressValue = (i + 1) / progressValue;
			onProgress(progressValue);//发送通知
		}

	}


	void addIProgress(IProgress* iprogress){
		m_iprogressList.push_back(iprogress);
	}

	void removeIProgress(IProgress* iprogress){
		m_iprogressList.remove(iprogress);
	}


protected:
	virtual void onProgress(float value){
		
		List<IProgress*>::iterator itor=m_iprogressList.begin();

		while (itor != m_iprogressList.end() )
			(*itor)->DoProgress(value); //更新进度条
			itor++;
		}
	}
};

4、装饰模式（Decorator）

动态（组合）地给一个对象增加一些额外的职责。就增加功能而言，Decorator模式比生成子类（继承）更为灵活（消除重复代码 & 减少子类个数）。

问题：在某些情况下我们可能会“过度地使用继承来扩展对象的功能” ，由于继承为类型引入的静态特质，使得这种扩展方式缺乏灵活性；并且随着子类的增多（扩展功能的增多），各种子类的组合（扩展功能的组合）会导致更多子类的膨胀。

动机：如何使“对象功能的扩展”能够根据需要来动态地实现？同时避免“扩展功能的增多”带来的子类膨胀问题？从而使得任何“功能扩展变化”所导致的影响将为最低？

装饰模式

总结：使用组合代替继承以减少代码重复量，在运行时装配，使用虚函数实现多态。

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//业务操作
class Stream{
public:
    virtual char Read(int number)=0;
    virtual void Seek(int position)=0;
    virtual void Write(char data)=0;
    
    virtual ~Stream(){}
};

//主体类
class FileStream : public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读文件流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位文件流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写文件流
    }

};

class NetworkStream : public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读网络流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位网络流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写网络流
    }
    
};

class MemoryStream : public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读内存流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位内存流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写内存流
    }
    
};

//扩展操作
class DecoratorStream : public Stream{
protected:
    Stream* stream;//...
    
    DecoratorStream(Stream * stm):stream(stm){
    
    }
};

class CryptoStream : public DecoratorStream {
public:
    CryptoStream(Stream* stm):DecoratorStream(stm){
    
    }
    
    virtual char Read(int number){
        //额外的加密操作...
        stream->Read(number);//读文件流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //额外的加密操作...
        stream->Seek(position);//定位文件流
        //额外的加密操作...
    }
    virtual void Write(byte data){
        //额外的加密操作...
        stream->Write(data);//写文件流
        //额外的加密操作...
    }
};

class BufferedStream : public DecoratorStream{
public:
    BufferedStream(Stream* stm):DecoratorStream(stm){
        
    }
    // 带有缓冲区的读写和定位文件流
};

void Process(){

    //运行时装配
    FileStream* s1 = new FileStream();
    
    CryptoStream* s2 = new CryptoStream(s1);
    
    BufferedStream* s3 = new BufferedStream(s1);
    
    BufferedStream* s4 = new BufferedStream(s2);
}
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