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设计模式有哪些

news 2025/8/15 7:41:10

设计模式是解决软件设计中常见问题的标准化方案，根据用途可分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。以下是各类模式的详细分类及核心用途：

一、创建型模式（Creational Patterns）

关注对象的创建过程，隐藏创建逻辑，使代码更灵活。

单例模式（Singleton）
- 确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。
- 应用：日志管理器、配置管理器。
工厂模式（Factory）
- 简单工厂：通过一个工厂类根据参数创建不同对象。
- 工厂方法：定义创建对象的接口，由子类决定实例化哪个类。
- 抽象工厂：创建一系列相关或依赖的产品家族。
- 应用：UI组件库、数据库驱动创建。
建造者模式（Builder）
- 将复杂对象的构建与表示分离，分步构建对象。
- 应用：复杂对象（如文档、汽车）的构造。
原型模式（Prototype）
- 通过复制现有对象创建新对象，避免重复初始化。
- 应用：需要频繁创建相似对象的场景（如游戏角色克隆）。
对象池模式（Object Pool）
- 预先创建一组对象并复用，减少创建销毁开销。
- 应用：数据库连接池、线程池。

二、结构型模式（Structural Patterns）

处理类或对象的组合，优化结构以实现功能复用。

适配器模式（Adapter）
- 将一个类的接口转换为客户端期望的另一个接口，使不兼容的类可协同工作。
- 应用：新旧接口兼容、跨库交互。
装饰器模式（Decorator）
- 动态给对象添加额外功能，不改变其原有结构。
- 应用：IO流包装（如BufferedReader）、日志增强。
代理模式（Proxy）
- 为对象提供替代物，控制对原对象的访问（远程访问、延迟加载、权限控制）。
- 应用：远程代理（RPC）、缓存代理、保护代理。
组合模式（Composite）
- 将对象组合成树形结构，统一处理单个对象和组合对象。
- 应用：文件系统（文件/文件夹）、UI组件树。
桥接模式（Bridge）
- 将抽象与实现分离，使两者可独立变化。
- 应用：跨平台组件（如不同系统的窗口实现）。
外观模式（Facade）
- 为复杂系统提供简化接口，隐藏内部复杂性。
- 应用：框架的入口类（如HttpClient封装底层网络操作）。
享元模式（Flyweight）
- 共享细粒度对象，减少内存消耗。
- 应用：文字处理软件（重复字符复用）、游戏中的粒子效果。

三、行为型模式（Behavioral Patterns）

关注对象间的交互和职责分配，优化通信方式。

观察者模式（Observer）
- 定义一对多依赖，当一个对象状态变化时，所有依赖者自动收到通知。
- 应用：事件监听、消息订阅系统。
中介者模式（Mediator）
- 通过中介者封装多对象间的交互，减少直接耦合。
- 应用：聊天室、GUI窗口管理器。
策略模式（Strategy）
- 定义算法家族，使其可互相替换，客户端根据需求选择。
- 应用：排序算法切换、支付方式选择。
模板方法模式（Template Method）
- 父类定义算法骨架，子类实现具体步骤，固定流程同时保留灵活性。
- 应用：框架中的生命周期方法（如Servlet的doGet/doPost）。
迭代器模式（Iterator）
- 提供遍历集合元素的统一接口，无需暴露集合内部结构。
- 应用：std::vector的迭代器、Java的Iterator接口。
命令模式（Command）
- 将请求封装为对象，实现请求的参数化、队列化和撤销。
- 应用：GUI按钮操作、事务日志（撤销/重做）。
状态模式（State）
- 允许对象在状态变化时改变行为，将状态逻辑封装到不同类中。
- 应用：订单状态流转（待支付→已支付→已发货）。
责任链模式（Chain of Responsibility）
- 将请求沿着处理链传递，直到有对象处理它，避免请求发送者与接收者耦合。
- 应用：日志级别处理、权限校验链。
访问者模式（Visitor）
- 在不修改对象结构的前提下，为对象添加新操作。
- 应用：数据结构的复杂遍历（如AST语法树分析）。
备忘录模式（Memento）
- 捕获对象状态并保存，以便后续恢复。
- 应用：编辑器的撤销功能、游戏存档。
解释器模式（Interpreter）
- 定义语言语法的解释器，用于解析特定格式的文本。
- 应用：表达式解析器、正则表达式引擎。