欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页  >  IT编程

设计模式之欢迎来到设计模式世界(一)

程序员文章站 2022-06-26 09:47:34
亲爱的朋友,欢迎你来到对象村,开始走进设计模式的世界。这里的每个人都很熟练的使用设计模式,很快我和你们一起,都会学习的很好,通过设计模式,跻身上流社会。 计划每一章节的学习,通过几个篇幅来完成,理论+实践的方式。书中很多地方用到了图形表示,小编尽量用图文的方式和大家互动。先用理论建立知识,再用图形象 ......

亲爱的朋友,欢迎你来到对象村,开始走进设计模式的世界。这里的每个人都很熟练的使用设计模式,很快我和你们一起,都会学习的很好,通过设计模式,跻身上流社会。

计划每一章节的学习,通过几个篇幅来完成,理论+实践的方式。书中很多地方用到了图形表示,小编尽量用图文的方式和大家互动。先用理论建立知识,再用图形象地描述巩固学习。每篇文章给出书中的思考题和大家互动,在后文给出答案。力争让没读过此书的朋友也能有个理解。小编第一次尝试书本跟读,希望大家多给意见,同大家一起进步。

记得大学的时候,c++的老师在教我们面向对象的是就是用的鸭子会飞、会叫的例子,没想到《head first 设计模式》里用的也是这个,没看过太多的书,可能鸭子比较特殊吧。前几个月,还出现各种鸭子的表情包,还有很出名的小黄鸭,让我不禁赞叹,鸭子才是人类比较好的朋友呀。

那么第一个问题来了,一家公司想要设计一款关于鸭子的游戏,游戏中会出现各种鸭子,一边游泳戏水,一边呱呱叫。游戏的模型已经有了面向对象的思想,设计了一个鸭子的超类(superclass),并让各种鸭子继承这个超类。现在想让鸭子会飞,你会怎么做呢?初始的鸭超类如下,随着我们一步步学习,我们将这个超类一步步优化,敬请期待。

public class duck {
    public duck() {
    
    }
    
    // 游泳
    public void swim() {
        system.out.println("i can swim");
    }
    
    // 呱呱叫
    public void quack() {
        
    }
    
    // 显示
    public void display() {
        
    }
    
    // 飞行
    public void fly() {
        
    }
}

我第一个冒出来的想法就是继承,我也算是写了几年程序的老鸟了,没想到也只能想到这么low的想法,用继承来解决问题。在继承中加入fly()方法。好啦,现在所有的鸭子都会飞了,包括玩具鸭,天呐,这是什么情况,难道你还要给玩具鸭装发动机么。要知道,并不是所有的鸭子都会飞的呀。如果以后还有一只木头鸭,啥都不会,怎么办呢。或者说以后鸭子变异了,多了功能,也并不是所有的鸭子都需要有的功能呢。这就引出了继承的弊端,给大家留的第一个思考题,继承会有哪些缺点呢?期待在留言区看到你的答案(答案下期揭晓)。以下哪几个是缺点:

  • a 代码在多个子类中重复
  • b 运行时的行为不容易改变
  • c 我们不能让鸭子跳舞
  • d 很难知道所有鸭子的全部行为
  • e 鸭子不能同时又飞又叫
  • f 改变会牵一发动全身,造成其他鸭子不想要的改变

所以,我们还是不能用继承来解决刚提出来的问题。有些鸭子会飞,有些鸭子会叫,有些啥都不会,鸭子行为太过于繁杂,不能一以贯之。这就引出了我们需要接触到的设计原则「找到应用中可能需要变化之处,并把它们独立出来,不要和那些不需要变化的代码混在一起」这样,代码变化引起的不经意后果变少,系统变得更有弹性。在刚才的例子中,我们就把鸭子会飞以及会叫的属性的分开,组建一个新类来表示。

第二个重点来了,如何设计那组实现飞行和呱呱叫的行为的类呢。那就把鸭子的行为放在分开的类中,此类专门提供某行为接口的实现,这样鸭子类就不再需要知道行为的实现细节。鸭子的子类将实现接口,不会绑死在鸭子的子类中,做一些没必要的事情。这就是我们需要说的第二个设计原则「针对接口编程,而不是实现编程

我们利用接口代表每个行为,在这里用flybehavior与quackbehavior分别表示飞行行为和呱呱叫行为,并且行为的每个实现都将实现其中的一个接口。这样的好处就是飞行和呱呱叫的动作可以被其他对象复用,复用的同时这些行为彻底和鸭子类无关。前文说到的,鸭子还想增加其他的行为,也可以通过此方式来进行,既不会影响到既有的行为类,也不会影响到使用到飞行行为的鸭子类。整合之前鸭子的行为,在实践中就是把飞行和呱呱叫方法在之前的超类中删除,通过接口来实现,进行分离。
飞行和呱呱叫接口如下:

// 飞行接口
public interface flybehavior {
    public void fly();
}

// 呱呱叫接口
public interface quackbehavior {
    public void quack();
}

相应的实现类如下:

// 飞行类
public class flywithwings implements flybehavior {

    @override
    public void fly() {
        // 实现鸭子的飞行
        system.out.println("i'm flying!!!");
    }

}

// 呱呱叫类
public class quack implements quackbehavior {

    @override
    public void quack() {
        // 实现鸭子的呱呱叫
        system.out.println("quack");
    }

}

如果鸭子要动态设定行为呢?什么意思,就是说「模型鸭想飞,利用火箭动力飞」。在我们现有的设计中,难不倒我们。我们可以在鸭子子类中通过设定方法「setter method」的方式来设定鸭子的行为,而不用在构造器中实例化。构造器中模型鸭不会飞,通过设定鸭子的行为,把火箭动力行为设定好,相当于把鸭子加了一个bug,设定好之后再给鸭子去飞。

// 在超类中添加动态设置的行为
public void setflybehavior(flybehavior fb) {
    flybehavior = fb;
}

public void setquackbehavior(quackbehavior qb) {
    quackbehavior = qb;
}

// 通过一个测试类进行测试反馈
public class miniducksimulator {
    public static void main(string[] args) {
        duck mallard = new mallardduck();
        // 这里调用mallardduck继承来的performquack(),进而委托给该对象的quackbehavior对象处理,
        // 也就是说,调用继承来的quackbehavior的quack(),performfly同理
        mallard.performquack();
        mallard.performfly();
        
        duck model = new modelduck();
        // 第一次调用,不会飞
        model.performfly();
        // 调用继承来的setter方法,把火箭动力飞行的行为定到模型鸭中,模型鸭能一飞冲天
        model.setflybehavior(new flyrocketpowered());
        // 这样就成功的改变了行为
        model.performfly();
    }
}

// 运行结果,我们实现了火箭助力飞行
quack
i'm flying!!!
i can't fly
i'm flying with a  rocket

好了,现在我们有鸭子超类,鸭子类,飞行行为实现flybehavior接口,呱呱叫行为实现quackbehavior接口。之前继承的想法,就是is-a(是一个)的关系,现在通过封装行为,实现接口,变成了has-a(有一个)的关系,将两个类结合起来,就成为了一个组合(composition)。区别显而易见,鸭子的行为是通过对象的「组合」来的,而不是「继承」而来。恭喜你,掌握了第三个设计原则「多用组合,少用继承」。使用组合建立系统具有很大的弹性,只要组合的行为对象符合正确的接口标准,那就可以「在运行时动态的改变行为」。

简单的学到这里,其实已经在无形之中引出了一个设计模式「策略模式」,他定义了算法族,分别封装起来,让它们之间互相替换,此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。有了这个策略模式,系统不需要担心遇到任何改变,通过上述的操作,就能灵活应对,神不神奇,意不意外,惊不惊喜。

现在对之前的理论做个简单的总结:首先我们先用鸭子举个例子,引出超类duck,子类的概念;第二,因为鸭子需要各自有行为,呱呱叫,飞行行为,我们设计出接口quackbehavior和flybehavior,实现类flywithwings(实现鸭子飞行)等其他行为和quack(实现鸭子呱呱叫等其他叫声);第三,我们需要鸭子有火箭般的速度,继而引出flyrocketpowered的行为,方便鸭子动态设定。自此三个步骤,把今天的行为实现,得出了三个设计原则和一个设计模式。最终的duck类如下

public abstract class duck {
    // 为行为接口类型声明两个引用变量,所有 鸭子类都继承他们
    flybehavior flybehavior;
    quackbehavior quackbehavior;
    
    public duck() {
        
    }
    
    public void setflybehavior(flybehavior fb) {
        flybehavior = fb;
    }
    
    public void setquackbehavior(quackbehavior qb) {
        quackbehavior = qb;
    }
    
    abstract void display();
    
    public void performquack() {
        // 委托给呱呱叫行为类
        quackbehavior.quack();
    }
    
    public void performfly() {
        // 委托给飞行行为类
        flybehavior.fly();
    }
    
    public void swim() {
        system.out.println("i can swim");
    }
}

代码流程部分就到这里,在学习的过程当中,还有很多类图,很多思考以及总结等我去完善。这是第一篇,下面一篇会把这次的转变通过图文的方式做一个总结,小伙伴们先别急,学习是一个循序渐进的过程,小编会把代码写好,测试好,开源到gayhub上,同大家一起进步。

今天的内容就到这里,欢迎各位拍砖!

为了让小伙伴免去找资料的麻烦,公众号「奔跑吧攻城狮」回复设计模式,获取最经典的两本书籍《head first设计模式》以及《大话设计模式》,一同开启新篇章。