淺談設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用

摘 要：設(shè)計(jì)模式是從建筑領(lǐng)域引申到計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的，它并不是我們傳統(tǒng)意義上的算法，是要對問題的解決方法過程做一個(gè)設(shè)計(jì)，以達(dá)到軟件重構(gòu)。掌握了設(shè)計(jì)模式并正確應(yīng)用會(huì)使軟件結(jié)構(gòu)更清晰、獨(dú)立并且具備較好的可維護(hù)性。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)模式應(yīng)用；計(jì)算機(jī)軟件；軟件設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP311.5

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展以及實(shí)際工作的需要，軟件系統(tǒng)變得功能越來越強(qiáng)，系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，這樣對于軟件開發(fā)的各個(gè)階段的構(gòu)思與設(shè)計(jì)都帶來了越來越大的挑戰(zhàn)。軟件設(shè)計(jì)階段中，其設(shè)計(jì)模式是極其重要的，一般情況下，設(shè)計(jì)模式是“面向?qū)ο蟆钡摹Ｃ嫦驅(qū)ο笫菍栴}的解決抽象成一個(gè)一個(gè)單一的對象，這些對象相互作用，相互關(guān)聯(lián)和交互形成一個(gè)系統(tǒng)，克服了面向過程編程的諸多弊端。但是，面向?qū)ο缶幊痰膽?yīng)用必須有正確的設(shè)計(jì)方法為指導(dǎo)。否則，這個(gè)軟件系統(tǒng)就會(huì)暴露很多弊端，例如：軟件過于死板，往往修改一處，導(dǎo)致軟件多處都要修改，靈活性大幅度下降。代碼冗余過多，造成代碼體積龐大，黏度過大。那么為了開發(fā)一個(gè)高效、靈活和可擴(kuò)展性強(qiáng)的就需要應(yīng)用設(shè)計(jì)模式理論。整篇文章我們將以設(shè)計(jì)模式的分類為主線，分別介紹一種有代表性的設(shè)計(jì)模式，然后在將理論與示例相結(jié)合，從實(shí)際開發(fā)的角度說明設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用方法。

1 設(shè)計(jì)模式的原則

1.1 開閉原則

開閉原則是設(shè)計(jì)模式幾大原則中的核心。具體是指：一個(gè)好的系統(tǒng)要求在不修改原來代碼的基礎(chǔ)上，通過增加新代碼可以添加新功能，最關(guān)鍵的就是將功能描述抽象化。例如：對于工廠模式，如果我們清楚得知道將來需要添加計(jì)算功能，則我們就可以將運(yùn)算單獨(dú)抽象為一個(gè)類。根據(jù)前面，這個(gè)運(yùn)算類就是不能隨意更改的，但是我們可以更改繼承它的子類，以達(dá)到要求。

1.2 依賴倒轉(zhuǎn)原則

依賴原則要求：要盡量依賴只說明共性，說明特性的描述，不要依賴它們具體的實(shí)例。抽象的東西才是最穩(wěn)定的，我們要依賴這種穩(wěn)定。比如說觀察者模式中有個(gè)通知者，這個(gè)通知者就不能是具體的。如果通知者是具體的，則萬一被占用，就不能通知。這個(gè)通知者應(yīng)該是抽象的，可以由其他人擔(dān)當(dāng)。

1.3 里氏代換原則

這個(gè)具體就是對繼承進(jìn)行了約束，要嚴(yán)格遵守子類就是父類的關(guān)系。在應(yīng)用和分析程序時(shí)，要將父類和子類當(dāng)作一個(gè)整體看待。根據(jù)這個(gè)原則，父類出現(xiàn)的地方子類一樣也可以出現(xiàn)。例如，如果魚是一個(gè)類，則鯨魚就不能是它的子類，應(yīng)為鯨魚不像魚，不是卵生。

1.4 單一職能原則

就一個(gè)類而言，引起它發(fā)生變化的原因必須唯一。換句話說，要盡量做到相同的變化原因的職責(zé)歸在一起，因?yàn)橐苍S雖然職責(zé)不同，但這個(gè)原因可能會(huì)引起另外的職責(zé)。比如，在設(shè)計(jì)類時(shí)，要爭取單個(gè)類的功能單一化，這樣調(diào)試時(shí)可以快速定位問題所在，同時(shí)在后期添加新功能時(shí)目標(biāo)也明確，不會(huì)模糊不清，影響其它類的輸出結(jié)果。

2 設(shè)計(jì)模式的分類

2.1 創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式

創(chuàng)建型模式就是將具體實(shí)例的過程抽象化。使得一個(gè)系統(tǒng)不再與創(chuàng)建、組合和表示的對象緊密相關(guān)。一個(gè)類創(chuàng)建型模式通過繼承來改變。而一個(gè)對象創(chuàng)建型模式將則將實(shí)例化的工作交給其它的對象完成。

2.1.1 抽象工廠模式

系統(tǒng)中有一組相關(guān)對象，他們共同工作于系統(tǒng)的某一方面。這時(shí)如果想增加系統(tǒng)一種功能。則只需要新定義一組這樣的相關(guān)對象。通過改變創(chuàng)建方法來動(dòng)態(tài)加載。這個(gè)要求要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同方面的代碼：第一，實(shí)例化抽象工廠方法的子類。第二實(shí)例化相關(guān)抽象子類，模型如下圖：

圖1 抽象模式的框架設(shè)計(jì)

2.2 結(jié)構(gòu)型設(shè)計(jì)模式

結(jié)構(gòu)型模式通過繼承的方式將接口或?qū)崿F(xiàn)組合在一起。它不是講怎樣將兩者進(jìn)行組合，而是給出怎樣將對象組合的方法，達(dá)到實(shí)現(xiàn)新功能的目的。

2.2.1 裝飾模式

在一般的設(shè)計(jì)中，我們規(guī)定了軟件的功能，然后待軟件完成后，很多時(shí)候如果我們想增加新的功能，可能最直接的就是想增加新的變量，新的方法或者新的邏輯，這些新添加的代碼可能會(huì)給核心的軟件行為帶來新的修飾。這就使主類變得紛繁復(fù)雜，破壞已設(shè)計(jì)的好的清晰結(jié)構(gòu)，卻只是做一些裝飾的作用。裝飾模式就是為了解決這類問題。它用單獨(dú)的類來存放所有裝飾功能，要對某個(gè)對象進(jìn)行裝飾時(shí)，只需讓該對象被裝飾類包含即可。

圖2 裝飾模式的框架設(shè)計(jì)

2.3 行為型設(shè)計(jì)模式

行為型模式改變了你一直關(guān)注控制流的行為，它除了描述對象和類，同時(shí)要描述清它們之間是怎樣交換的。使你不再受復(fù)雜控制流的煩惱，可以簡單的分析對象之間的關(guān)系就行了。

2.3.1 觀察者模式

有時(shí)被稱作發(fā)布/訂閱模式，觀察者模式定義了一種一對多的依賴關(guān)系，讓多個(gè)觀察者對象同時(shí)監(jiān)聽某一個(gè)主題對象。當(dāng)主題對象狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)發(fā)出廣播，這樣所有的觀察者就會(huì)知曉，根據(jù)廣播信息更新自己記錄的信息。它的應(yīng)用場景可以這樣描述，當(dāng)系統(tǒng)中有很多類，而為了需要必須保持各類狀態(tài)同步，此時(shí)我們肯定不希望增加耦合度，因?yàn)檫@樣以后的修改、擴(kuò)展和重用都會(huì)變得特別麻煩。那么，這時(shí)觀察者模式就是很好的選擇。

圖3 觀察者模式的框架設(shè)計(jì)

3 設(shè)計(jì)模式應(yīng)用舉例

以狀態(tài)模式為例，具體說明此種設(shè)計(jì)模式在軟件設(shè)計(jì)時(shí)的應(yīng)用方法。狀態(tài)模式是行為模式的一種，要求狀態(tài)和行為對應(yīng)，一個(gè)變化，另一個(gè)也跟著變化。這個(gè)模式應(yīng)用的典型場景就是需要軟件系統(tǒng)內(nèi)部需要狀態(tài)循環(huán)變化，如果用if else或switch語句則會(huì)增加圈復(fù)雜度，用狀態(tài)模式就可以很好的解決問題。

實(shí)現(xiàn)思想概括為：一個(gè)state，包括兩部分；對象+對象內(nèi)部的屬性（屬性接口+具體屬性）一個(gè)對象，要有其屬性，以及其set，get；且設(shè)置好其初始狀態(tài)以及一個(gè)調(diào)用顯示狀態(tài)的方法（里面就是狀態(tài)調(diào)用自身的顯示方法）。

以黑天白天為例，時(shí)間總是在白天和黑天這兩個(gè)狀態(tài)間變化。我們出始化開始狀態(tài)為白天，在白天的屬性接口里有showState（）這個(gè)執(zhí)行方法。在白天這個(gè)屬性里包括顯示時(shí)間的對象，實(shí)現(xiàn)方法show（）中不僅有相應(yīng)的響應(yīng)，同時(shí)設(shè)置下一個(gè)要呈現(xiàn)的屬性-黑天。同樣，黑天屬性也這樣設(shè)置。這樣，兩次調(diào)用方法就會(huì)形成白天與黑天狀態(tài)連帶響應(yīng)的循環(huán)切換。

代碼：

public interface time {

public void show（）；

}

class showTime

{

time state；

public time getTime（） {

return state；

}

public void setTime（time state） {

this.state = state；

}

public showTime（）

{

state=new Day（this）；

}

public void showState（）

{

state.show（）；

}

}

class Day implements time

{

showTime display；

public Day（showTime display）

{

this. display=display；

}

public void show（）

{

System.out.println（\"now is day， you are awaking！\"）；

display.setTime（new Night（display）；

}

}

class Night implements time

{

showTime display；

public Night（showTime display）

{

this. display=display；

}

public void show（）

{

System.out.println（\"now is night，you are sleeping！\"）；

light.setColor（new Day（display））；

}

}

public class CarLight {

public static void main（String[] args） {

showTime time=new showTime（）；

//初始調(diào)用為白天

time.showState（）；

//再調(diào)用為黑天

time.showState（）；

//不斷調(diào)用，不斷循環(huán).

}

}

這樣就可避免不斷的if else判斷，并且程序結(jié)構(gòu)清晰，意義明了。

4 結(jié)束語

每一種設(shè)計(jì)模式都有它自己產(chǎn)生的背景，所以它們大部分專一的解決一類問題。同時(shí)，設(shè)計(jì)模式并不是用了一定會(huì)好，關(guān)鍵是用的得當(dāng)，要充分掌握它的意圖，在實(shí)際中充分切合它的應(yīng)用背景，否則會(huì)選擇不當(dāng)，反而造成相反的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]童立，馬遠(yuǎn)良.設(shè)計(jì)模式在基于組件的框架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2012（17）.

[2]林舒萍，羅鍵.設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2005（11）.

作者簡介：秦延鋒（1995.05-），男，壯族，廣西南寧人，本科在讀，主要從事電子商務(wù)管理；田濤（1979.02-），男，陜西渭南人，副教授，研究生，主要從事軟件開發(fā)設(shè)計(jì)。

作者單位：廣西民族大學(xué)，南寧 530006