设计模式之行为型模式

1. 命令模式(Command Pattern)

定义

将一个请求封装为一个对象,从而使我们可用不同的请求对客户进行参数化;对请求排队或者记录请求日志,以及支持可撤销的操作。命令模式是一种对象行为型模式,其别名为动作(Action)模式或事务(Transaction)模式。

结构

  • Command: 抽象命令类
    + execute() :void
  • ConcreteCommand: 具体命令类
  • Invoker: 调用者
    + call() :void
  • Receiver: 接收者
    + action() :void
  • Client:客户类

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优点

  • 降低系统的耦合度。
  • 新的命令可以很容易地加入到系统中。
  • 可以比较容易地设计一个命令队列和宏命令(组合命令)。
  • 可以方便地实现对请求的Undo和Redo。

缺点

使用命令模式可能会导致某些系统有过多的具体命令类。因为针对每一个命令都需要设计一个具体命令类,因此某些系统可能需要大量具体命令类,这将影响命令模式的使用。

适用

  • 系统需要将请求调用者和请求接收者解耦,使得调用者和接收者不直接交互。
  • 系统需要在不同的时间指定请求、将请求排队和执行请求。
  • 系统需要支持命令的撤销(Undo)操作和恢复(Redo)操作。
  • 系统需要将一组操作组合在一起,即支持宏命令

2. 中介者模式(Mediator Pattern)

定义

一个中介对象来封装一系列的对象交互,中介者使各对象不需要显式地相互引用,从而使其耦合松散,而且可以独立地改变它们之间的交互。中介者模式又称为调停者模式,它是一种对象行为型模式。

结构

  • Mediator: 抽象中介者
    + operation(int) :void
    + register(Colleague *) :void
  • ConcreteMediator: 具体中介者
  • Colleague: 抽象同事类
    + receivemsg() :void
    + sendmsg(int) :void
    + setMediator(Mediator *) :void
  • ConcreteColleague: 具体同事类

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优点

  • 简化了对象之间的交互。
  • 将各同事解耦。
  • 减少子类生成。
  • 可以简化各同事类的设计和实现。

缺点

在具体中介者类中包含了同事之间的交互细节,可能会导致具体中介者类非常复杂,使得系统难以维护。

适用

  • 系统中对象之间存在复杂的引用关系,产生的相互依赖关系结构混乱且难以理解。
  • 一个对象由于引用了其他很多对象并且直接和这些对象通信,导致难以复用该对象。
  • 想通过一个中间类来封装多个类中的行为,而又不想生成太多的子类。可以通过引入中介者类来实现,在中介者中定义对象。
  • 交互的公共行为,如果需要改变行为则可以增加新的中介者类。

3. 观察者模式( Observer Pattern )

定义

定义对象间的一种一对多依赖关系,使得每当一个对象状态发生改变时,其相关依赖对象皆得到通知并被自动更新。
又叫做发布-订阅(Publish/Subscribe)模式、模型-视图(Model/View)模式、源-监听器(Source/Listener)模式或从属者(Dependents)模式。

结构

  • Subject: 目标
    - objlist :List<Observer *>
    + attach() :void
    + deattach() :void
    + notify() :void
  • ConcreteSubject: 具体目标
    + state :int
  • Observer: 观察者
    + update() :void
  • ConcreteObserver: 具体观察者
    - observerState :int
    + update() :void

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优点

  • 观察者模式可以实现表示层和数据逻辑层的分离,并定义了稳定的消息更新传递机制,抽象了更新接口,使得可以有各种各样不同的表示层作为具体观察者角色。
  • 观察者模式在观察目标和观察者之间建立一个抽象的耦合。
  • 观察者模式支持广播通信。
  • 观察者模式符合“开闭原则”的要求。

缺点

  • 如果一个观察目标对象有很多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。

适用

  • 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。
  • 需要在系统中创建一个触发链,A对象的行为将影响B对象,B对象的行为将影响C对象……,可以使用观察者模式创建一种链式触发机制。

模式拓展

MVC

4. 状态模式( State Pattern )

定义

允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为,对象看起来似乎修改了它的类。其别名为状态对象(Objects for States),状态模式是一种对象行为型模式。

结构

  • Context: 环境类
    changeState(State *) :void
    request() :void
  • State: 抽象状态类
    handle() :void
  • ConcreteState: 具体状态类
    handle() :void

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优点

  • 封装了转换规则。
  • 枚举可能的状态,在枚举状态之前需要确定状态种类。
  • 将所有与某个状态有关的行为放到一个类中,并且可以方便地增加新的状态,只需要改变对象状态即可改变对象的行为。
  • 允许状态转换逻辑与状态对象合成一体,而不是某一个巨大的条件语句块。
  • 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。

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。

适用

  • 对象的行为依赖于它的状态(属性)并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。
  • 代码中包含大量与对象状态有关的条件语句,这些条件语句的出现,会导致代码的可维护性和灵活性变差,不能方便地增加和删除状态,使客户类与类库之间的耦合增强。在这些条件语句中包含了对象的行为,而且这些条件对应于对象的各种状态。