软件设计模式(Java版)

第1章软件设计模式基础作者：程细柱人民邮电出版社内容简介•本章教学目标：了解软件设计模式的产生背景；掌握软件设计模式的概念、意义和基本要素；明白GoF的23种设计模式的分类与特点；理解UML类之间的关系，并学会类图的画法；正确理解面向对象的七种设计原则。•本章重点内容：GoF的23种设计模式的分类与特点；UML中的类之间的关系；UML中的类图的画法；面向对象的七种设计原则。软件设计模式（Java版）、作者：程细柱销售电话：[phone]人民邮电出版社()1.1软件设计模式概述•1.1.1软件设计模式的产生背景“设计模式”这个术语最初并不是出现在软件设计中，而是被用于建筑领域的设计中。1977年，美国著名建筑大师、加利福尼亚大学伯克利分校环境结构中心主任ChristopherAlexander（克里斯托弗•亚历山大）在他的著作《建筑模式语言：城镇、建筑、构造》中描述了一些常见的建筑设计问题，并提出了253种关于城镇、邻里、住宅、花园和房间等进行设计的基本模式。1987年，肯特·贝克和沃德·坎宁安首先将克里斯托佛·亚历山大的模式思想应用在Smalltalk中的图形用户接口的生成中。直到1990年，软件工程界才开始研讨设计模式的话题，后来召开了多次关于设计模式的研讨会。直到1995年，ErichGamma，RichardHelm，RalphJohnson，JohnVlissides等四位作者合作出版了《设计模式：可复用面向对象软件的基础》一书，在此书中共收录了23个设计模式，这是设计模式领域里程碑的事件，导致了软件设计模式的突破。软件设计模式（Java版）、作者：程细柱ISBN：978-7-115-47788-0人民邮电出版社()1.1软件设计模式概述(续)•1.1.2软件设计模式的概念与意义1.什么是软件设计模式？软件设计模式（SoftwareDesignpattern），又称设计模式，是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。2.学习设计模式的意义⑴可以提高程序员的思维能力、编程能力和设计能力。⑵使程序设计更加标准化、代码编制更加工程化，使软件开发效率大大提高，从而缩短软件的开发周期。⑶使设计的代码可重用性高、可读性强、可靠性高、灵活性好、可维护性强。软件设计模式（Java版）、作者：程细柱ISBN：978-7-115-47788-0人民邮电出版社()1.1软件设计模式概述(续)•1.1.3软件设计模式的基本要素其基本要素有：模式名称、别名、动机、问题、解决方案、效果、结构、模式角色、合作关系、实现方法、适用性、已知应用、例程、模式扩展和相关模式等，其中最关键的元素包括以下四个主要部分：1.模式名称（PatternName）2.问题（Problem）3.解决方案（Solution）4.效果（Consequence）软件设计模式（Java版）、作者：程细柱ISBN：978-7-115-47788-0人民邮电出版社()1.1软件设计模式概述(续)•1.1.4GoF的23种设计模式简介设计模式有两种分类方法，即：根据目的分和根据作用的范围分。1.根据目的来分⑴创建型模式：用于描述“怎样创建对象”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。GoF中提供了5种创建型模式。⑵结构型模式：用于描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构，GoF中提供了7种结构型模式。⑶行为型模式：用于描述类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象都无法单独完成的任务，以及怎样分配职责。GoF中提供了11种行为型模式。软件设计模式（Java版）、作者：程细柱ISBN：978-7-115-47788-0人民邮电出版社()1.1软件设计模式概述(续)•1.1.4GoF的23种设计模式简介（续）1.根据作用范围来分⑴类模式：用于处理类与子类之间的继承关系，这些关系是静态的。⑵对象模式：用于处理对象之间的组合或聚合关系，具动态性。软件设计模式（Java版）、作者：程细柱ISBN：978-7-115-47788-0人民邮电出版社()1.1软件设计模式概述(续)软件设计模式（Java版）(ISDN：9787564740634)、作者：程细柱人民邮电出版社()ISBN：978-7-115-47788-01.1软件设计模式概述(续)•1.1.4GoF的23种设计模式简介（续）3.GoF的23种设计模式的功能•单例（Singleton）模式：某个类只能生成一个实例，该类提供了一个全局访问点供外部获取该实例，其拓展是有限多例模式。•原型（Prototype）模式：将一个对象作为原型，通过对其进行复制而克隆出多个和原型类似的新实例。•工厂方法（FactoryMethod）模式：定义一个用于创建产品的接口，由子类决定生产什么产品。•抽象工厂（AbstractFactory）模式：提供一个创建产品族的接口，其每个子类可以生产一系列相关的产品。软件设计模式（Java版）、作者：程细柱ISBN：978-7-115-47788-0人民邮电出版社()1.1软件设计模式概述(续)•1.1.4GoF的23种设计模式简介（续）3.GoF的23种设计模式的功能（续）•建造者（Builder）模式：将一个复杂对象分解成多个相对简单的部分，然后根据不同需要分别创建它们，最后构建成该复杂对象。•代理（Proxy）模式：为某对象提供一种代理以控制对该对象的访问。即客户端通过代理间接地访问该对象，从而限制、增强或修改该对象的一些特性。•适配器（Adapter）模式：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类能一起工作。软件设计模式（Java版）、作者：程细柱ISBN：978-7-115-47788-0人民邮电出版社()1.1软件设计模式概述(续)•1.1.4GoF的23种设计模式简介（续）3.GoF的23种设计模式的功能（续）•桥接(Bridge)模式：将抽象与实现分离，使他们可以独立的变化。它是用组合关系代替继承关系来实现，从而降低了抽象和实现这2个可变维度的耦合度。•装饰(Decorator)模式：动态的给对象增加一些职责，即增加其额外的功能。•外观(Facade)模式：为多个复杂的子系统提供一个一致的接口，使这些子系统更加容易被访问。软件设计模式（Java版）、作者：程细柱销售电话：[phone]教学资源网址：软件设计模式概述(续)•1.1.4GoF的23种设计模式简介（续）3.GoF的23种设计模式的功能（续）•享元(Flyweight)模式：运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。•组合(Composite)模式：将对象组合成树状层次结构，使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性。•模板方法（TemplateMethod）模式：定义一个操作中的算法骨架，而将算法的一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变该算法结构的情况下重定义该算法的某些特定步骤。软件设计模式（Java版）、作者：程细柱销售电话：[phone]教学资源网址：软件设计模式概述(续)•1.1.4GoF的23种设计模式简介（续）3.GoF的23种设计模式的功能（续）•策略（Strategy）模式：定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使他们可以相互替换，且算法的改变不会影响到使用算法的客户。•命令（Command）模式：将一个请求封装为一个对象，使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。•职责链（ChainofResponsibility）模式：把请求从链中的一个对象传到下一个对象，直到请求被响应为止。通过这种方式去除对象之间的耦合。软件设计模式（Java版）、作者：程细柱销售电话：[phone]教学资源网址：软件设计模式概述(续)•1.1.4GoF的23种设计模式简介（续）3.GoF的23种设计模式的功能（续）•状态（State）模式：允许一个对象在其内部状态发生改变时改变其行为能力。•观察者（Observer）模式：多个对象间存在一对多关系，当一个对象发生改变时，把这种改变通知给其它多个对象，从而影响其它对象的行为。•中介者（Mediator）模式：定义一个中介对象来简化原有对象之间的交互关系，降低系统中对象间的耦合度，使原有对象之间不必相互了解。软件设计模式（Java版）、作者：程细柱销售电话：[phone]人民邮电出版社()1.1软件设计模式概述(续)•1.1.4GoF的23种设计模式简介（续）3.GoF的23种设计模式的功能（续）•迭代器（Iterator）模式：提供一种方法来顺序访问聚合对象中的一系列数据，而不暴露聚合对象的内部表示。•访问者（Visitor）模式：在不改变集合元素的前提下，为一个集合中的每个元素提供多种访问方式，即每个元素有多个访问者对象访问。•备忘录（Memento）模式：在不破坏封装性的前提下，获取并保存一个对象的内部状态，以便以后恢复它。•解释器（Interpreter）模式：提供如何定义语言的文法，以及对语言句子的解释方法，即解释器。软件设计模式（Java版）、作者：程细柱销售电话：[phone]人民邮电出版社()1.2UML中的类图•1.2.1统一建模语言简介•统一建模语言（UnifiedModelingLanguage，简称：UML）：是用来设计软件蓝图的可视化建模语言，1997年被国际对象组织OMG采纳为为面向对象的建模语言的国际标准。•它的特点：是简单、统一、图形化、能表达软件设计中的动态与静态信息。•UML从目标系统的不同角度出发，定义了：用例图、类图、对象图、状态图、活动图、序列图、协作图、构件图、部署图等9种图。注：本教材主要介绍软件设计模式中经常用到的类图，以及类之间的关系。软件设计模式（Java版）、作者：程细柱销售电话：[phone]人民邮电出版社()1.2UML中的类图（续）•1.2.2类、接口和类图1.类（Class）类是指具有相同属性、方法和关系的对象的抽象,它具有封装性、继承性和多态性等三大特性。在UML中类包含：⑴类名（Name）是一个字符串，如：Student。⑵属性（Attribute）是指类的特性，即类的成员变量。格式：[可见性]属性名：类型[=缺省值]注意：“可见性”表示该属性对于类外的元素而言是否可见，在类图中分别用符号+、-、#、～表示。如：-name：String⑶操作(Operations)是类的成员方法。格式：[可见性]名称(参数列表)[:返回类型]软件设计模式（Java版）、作者：程细柱销售电话：[phone]人民邮电出版社(