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结构者模式（Structural Design Patterns）指的是一组设计模式，旨在帮助设计者将对象或类组合成更大的结构，以便于形成更复杂的系统。这些模式关注如何将对象或类组织起来，以构建更大的结构或系统。主要目的是提高系统的灵活性和可维护性。
常见的结构者模式包括：
- 适配器模式（Adapter Pattern）
- 桥接模式（Bridge Pattern）
- 组合模式（Composite Pattern）
- 装饰者模式（Decorator Pattern）
- 外观模式（Facade Pattern）
- 享元模式（Flyweight Pattern）
- 代理模式（Proxy Pattern）
1. 适配器模式（Adapter Pattern）
目的：将一个类的接口转换成客户端所期望的另一个接口，使得原本接口不兼容的类可以协同工作。
结构：
- 目标接口（Target Interface）：客户端期望的接口。
- 适配者（Adaptee）：已经存在的接口，接口与客户端的期望接口不兼容。
- 适配器（Adapter）：实现目标接口，并将客户端请求转发到适配者对象。
示例代码（Java）：
java
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// 目标接口 interface Target { void request(); } // 适配者 class Adaptee { void specificRequest() { System.out.println("Specific request"); } } // 适配器 class Adapter implements Target { private Adaptee adaptee; public Adapter(Adaptee adaptee) { this.adaptee = adaptee; } @Override public void request() { adaptee.specificRequest(); } } // 客户端代码 public class Main { public static void main(String[] args) { Adaptee adaptee = new Adaptee(); Target target = new Adapter(adaptee); target.request(); } }
2. 桥接模式（Bridge Pattern）
目的：将抽象部分与实现部分分离，使得两者可以独立变化。
结构：
- 抽象类（Abstraction）：定义抽象的接口。
- 修正抽象类（RefinedAbstraction）：扩展抽象类。
- 实现接口（Implementor）：定义实现类的接口。
- 具体实现类（ConcreteImplementor）：实现实现接口。
示例代码（Java）：
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// 实现接口 interface Implementor { void operationImpl(); } // 具体实现类 class ConcreteImplementorA implements Implementor { @Override public void operationImpl() { System.out.println("ConcreteImplementorA operation"); } } // 抽象类 abstract class Abstraction { protected Implementor implementor; protected Abstraction(Implementor implementor) { this.implementor = implementor; } abstract void operation(); } // 修正抽象类 class RefinedAbstraction extends Abstraction { protected RefinedAbstraction(Implementor implementor) { super(implementor); } @Override void operation() { implementor.operationImpl(); } } // 客户端代码 public class Main { public static void main(String[] args) { Implementor impl = new ConcreteImplementorA(); Abstraction abs = new RefinedAbstraction(impl); abs.operation(); } }
3. 组合模式（Composite Pattern）
目的：允许客户以一致的方式处理单个对象和对象集合。
结构：
- 组件接口（Component）：声明叶子和容器的共同接口。
- 叶子（Leaf）：实现组件接口，表示树的叶节点。
- 容器（Composite）：实现组件接口，表示树的节点，包含子组件。
示例代码（Java）：
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import java.util.ArrayList; import java.util.List; // 组件接口 interface Component { void operation(); } // 叶子 class Leaf implements Component { @Override public void operation() { System.out.println("Leaf operation"); } } // 容器 class Composite implements Component { private List<Component> children = new ArrayList<>(); void add(Component component) { children.add(component); } void remove(Component component) { children.remove(component); } @Override public void operation() { for (Component child : children) { child.operation(); } } } // 客户端代码 public class Main { public static void main(String[] args) { Component leaf1 = new Leaf(); Component leaf2 = new Leaf(); Composite composite = new Composite(); composite.add(leaf1); composite.add(leaf2); composite.operation(); } }
4. 装饰者模式（Decorator Pattern）
目的：动态地给对象添加功能，不改变其结构。
结构：
- 组件接口（Component）：定义对象的接口。
- 具体组件（ConcreteComponent）：实现组件接口的基本对象。
- 装饰器（Decorator）：持有一个组件对象的引用，并提供相同的接口。
- 具体装饰器（ConcreteDecorator）：扩展装饰器，添加额外的功能。
示例代码（Java）：
java
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// 组件接口 interface Component { void operation(); } // 具体组件 class ConcreteComponent implements Component { @Override public void operation() { System.out.println("ConcreteComponent operation"); } } // 装饰器 abstract class Decorator implements Component { protected Component component; protected Decorator(Component component) { this.component = component; } @Override public void operation() { component.operation(); } } // 具体装饰器 class ConcreteDecorator extends Decorator { public ConcreteDecorator(Component component) { super(component); } @Override public void operation() { super.operation(); additionalOperation(); } private void additionalOperation() { System.out.println("ConcreteDecorator additional operation"); } } // 客户端代码 public class Main { public static void main(String[] args) { Component component = new ConcreteComponent(); Component decorator = new ConcreteDecorator(component); decorator.operation(); } }
5. 外观模式（Facade Pattern）
目的：为复杂子系统提供一个统一的接口，使得子系统更易于使用。
结构：
- 外观类（Facade）：提供一个简单接口，隐藏子系统的复杂性。
- 子系统类（Subsystem）：复杂的子系统类，提供具体功能。
示例代码（Java）：
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// 子系统类 class SubsystemA { void operationA() { System.out.println("SubsystemA operation"); } } class SubsystemB { void operationB() { System.out.println("SubsystemB operation"); } } // 外观类 class Facade { private SubsystemA subsystemA = new SubsystemA(); private SubsystemB subsystemB = new SubsystemB(); void operation() { subsystemA.operationA(); subsystemB.operationB(); } } // 客户端代码 public class Main { public static void main(String[] args) { Facade facade = new Facade(); facade.operation(); } }
6. 享元模式（Flyweight Pattern）
目的：通过共享对象来减少内存消耗，提高效率。
结构：
- 享元接口（Flyweight）：声明操作方法。
- 具体享元（ConcreteFlyweight）：实现享元接口，处理共享的状态。
- 享元工厂（FlyweightFactory）：管理享元对象的创建和共享。
示例代码（Java）：
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import java.util.HashMap; import java.util.Map; // 享元接口 interface Flyweight { void operation(String extrinsicState); } // 具体享元 class ConcreteFlyweight implements Flyweight { private String intrinsicState; public ConcreteFlyweight(String intrinsicState) { this.intrinsicState = intrinsicState; } @Override public void operation(String extrinsicState) { System.out.println("Intrinsic State: " + intrinsicState + ", Extrinsic State: " + extrinsicState); } } // 享元工厂 class FlyweightFactory { private Map<String, Flyweight> flyweights = new HashMap<>(); Flyweight getFlyweight(String intrinsicState) { if (!flyweights.containsKey(intrinsicState)) { flyweights.put(intrinsicState, new ConcreteFlyweight(intrinsicState)); } return flyweights.get(intrinsicState); } } // 客户端代码 public class Main { public static void main(String[] args) { FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory(); Flyweight flyweight1 = factory.getFlyweight("StateA"); flyweight1.operation("ExtrinsicA"); Flyweight flyweight2 = factory.getFlyweight("StateA"); flyweight2.operation("ExtrinsicB"); Flyweight flyweight3 = factory.getFlyweight("StateB"); flyweight3.operation("ExtrinsicC"); } }
7. 代理模式（Proxy Pattern）
目的：为其他对象提供一种代理以控制对该对象的访问。
结构：
- 抽象主题（Subject）：定义真实对象和代理对象的共同接口。
- 真实主题（RealSubject）：实际实现对象的类。
- 代理（Proxy）：持有对真实主题对象的引用，并控制对它的访问。
示例代码（Java）：
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// 抽象主题 interface Subject { void request(); } // 真实主题 class RealSubject implements Subject { @Override public void request() { System.out.println("RealSubject request"); } } // 代理 class Proxy implements Subject { private RealSubject realSubject; @Override public void request() { if (realSubject == null) { realSubject = new RealSubject(); } System.out.println("Proxy request"); realSubject.request(); } } // 客户端代码 public class Main { public static void main(String[] args) { Subject proxy = new Proxy(); proxy.request(); } }
总结
结构者模式帮助我们以不同的方式组织和构建系统中的类和对象，从而提高系统的灵活性和可维护性。通过合理选择和应用这些模式，可以有效地管理和扩展系统的复杂性。