设计者模式3-结构模式

结构模式

代理模式

代理模式（Proxy Pattern）是程序设计中的一种设计模式，它主要为某对象提供一种代理以控制对该对象的访问。具体来说，用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。代理模式给某一个对象提供一个代理对象，并由代理对象控制原对象的引用。

代理模式有多种使用场景，包括：

远程代理：当对象位于远程服务器上时，可以使用代理模式来进行远程访问。代理对象可以隐藏实际对象的细节，客户端可以通过代理对象来访问远程对象，而无需了解远程的实现细节。
虚拟代理：当创建一个对象需要很长的时间时，可以使用代理模式来延迟对象的创建。
安全代理：当需要控制对对象的访问权限时，可以使用代理模式。
缓存代理：当需要缓存对象的计算结果时，可以使用代理模式。

通过代理模式，我们可以实现对某个对象方法的重写及维护。静态代理在实现时，需要定义接口或者父类，被代理对象与代理对象一起实现相同的接口或者是继承相同父类。

总的来说，代理模式在软件设计中具有广泛的应用，它能够帮助我们更好地控制和管理对象的访问和行为，提高代码的灵活性和可维护性。

适配器模式

适配器模式（Adapter Pattern）是一种结构型设计模式，用于将一个类的接口转换成客户端所期望的另一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以在一起工作。适配器模式主要由三个角色组成：目标接口（Target Interface）、适配者（Adaptee）和适配器（Adapter）。

目标接口：客户端所期望的接口，适配器将其转换成适配者的接口。
适配者：需要被适配的接口或类。
适配器：将适配者的接口转换成目标接口的类。适配器继承自目标接口，并在其方法中调用适配者的方法来实现接口的转换。

适配器模式可以分为两种类型：类适配器和对象适配器。类适配器通过继承来实现接口转换，而对象适配器则通过对象组合的方式来实现。

在实际应用中，适配器模式常被用于解决旧代码与新代码之间的接口不兼容问题，或者将一个类的接口转换为客户端所期望的接口。例如，在软件开发中，当需要集成第三方库或框架时，可能会遇到接口不兼容的情况，此时可以使用适配器模式来解决。

桥接模式

桥接模式是一种对象结构型设计模式，它将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。在桥接模式中，抽象部分与它的实现部分是通过组合的方式关联在一起的，而不是继承。这种设计方式使得抽象部分和实现部分可以独立地扩展，而不会相互影响。

桥接模式的主要特点包括：

实现了抽象和实现部分的分离，从而极大地提供了系统的灵活性。这种分离有助于系统进行分层设计，产生更好的结构化系统。
对于系统的高层部分，只需要知道抽象部分和实现部分的接口，而不需要关心具体的实现细节。
桥接模式替代了多层继承方案，减少了子类的个数，降低了系统的管理和维护成本。

然而，桥接模式的引入也增加了系统的理解和设计难度，因为聚合关联关系建立在抽象层，要求开发者针对抽象进行设计和编程。此外，桥接模式要求正确识别出系统中两个独立变化的维度，因此其使用范围有一定的局限性，需要有合适的应用场景。

桥接模式常用于图形界面库、电子商务平台、操作系统的文件系统以及游戏开发中的人物角色等场景。在这些场景中，桥接模式可以有效地将抽象部分和实现部分解耦，使得它们可以独立地变化，从而提高系统的灵活性和可维护性。

例如，在图形界面库中，桥接模式可以将界面元素（如按钮、文本框等）和绘制方式（如窗口系统的绘制、OpenGL的绘制等）解耦。通过定义一个抽象类来表示界面元素，并包含一个指向绘制类的指针，可以实现界面元素和绘制方式的独立变化。

总的来说，桥接模式是一种强大的设计模式，它可以帮助我们更好地管理系统中抽象部分和实现部分的变化，提高系统的灵活性和可维护性。然而，在使用桥接模式时，我们需要仔细考虑系统的需求和设计，确保正确地识别出系统中独立变化的维度，并合理地应用该模式。

装饰者模式

装饰者模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，它允许用户在不改变原有对象的基础上，通过动态地给对象添加一些职责来扩展其功能。装饰者模式提供了一种灵活的方式来增加对象的功能，而无需修改其原有的代码。

装饰者模式的主要特点包括：

装饰者和被装饰者对象有相同的超类型，这意味着装饰者可以在任何需要原始对象的场合替代它。
可以用一个或多个装饰者包装一个对象，使得对象可以在运行时动态地、不限量地用装饰者来扩展功能。
装饰者可以在所委托的被装饰者的行为之前或之后，加上自己的行为，以达到特定的目的。

装饰者模式在代码程序中的应用场景主要有：

用于扩展一个类的功能或给一个类添加附加职责。
动态地给一个对象添加功能，这些功能可以再动态地撤销。

装饰者模式的实现原理是：让装饰器实现被包装类（ConcreteComponent）和相同的接口（Component），并在构造函数中传入该接口对象。然后，就可以在接口需要实现的方法中，在被包装类对象的现有功能上添加新功能。

此外，装饰者模式遵循设计模式中的里氏替换原则、依赖倒置原则，从而使其具有很强的扩展性，并满足开闭原则。这些原则确保了装饰者模式在软件设计中的稳定性和灵活性。

在实际生活中，装饰者模式的应用也十分广泛。例如，给煎饼加鸡蛋或香肠、给蛋糕添加水果、给房子装修等都是装饰者模式的体现。这些例子展示了如何为对象扩展一些额外的职责，以满足不同的需求。

总的来说，装饰者模式是一种强大且灵活的设计模式，它允许我们在不改变原有对象的基础上动态地扩展其功能。这使得代码更加灵活、可维护和可扩展，提高了软件的可重用性和可定制性。

外观模式

外观模式（Facade）是一种对象结构型设计模式，它为子系统中的一组接口提供了一个统一的高层接口，使得子系统更容易使用。外观模式的主要目的是降低系统的复杂度，为客户端提供一个简化且统一的接口来访问子系统中的功能。

外观模式的特点和优点包括：

简化接口：外观模式将复杂的子系统接口统一化，为客户端提供了一个简化的接口，使得客户端无需关心子系统的内部实现细节。
降低耦合度：外观模式减少了客户端与子系统之间的依赖关系，降低了它们之间的耦合度，使得系统更加灵活和易于维护。
提高安全性：通过对外观接口的控制，可以限制对子系统内部功能的访问，从而提高系统的安全性。

外观模式适用于以下场景：

当系统需要对外封闭，外界只能通过一个统一的接口来访问系统时。
当系统的复杂度较高，需要简化其接口以便使用时。
当系统中存在多个包含关系复杂的接口，需要对其进行封装以简化使用和维护时。
当系统需要进行重构，需要对原有的代码进行优化和改进时。

以一个医院看病的例子来说，患者可能需要经历挂号、门诊、划价、取药等多个步骤，这对于患者来说可能相对复杂。如果有一个接待人员作为外观角色，负责处理这些步骤，患者只需要与接待人员交互，就能完成整个看病流程，大大简化了患者的操作。

在实现外观模式时，需要注意确保外观类能够正确地调用子系统中的相关功能，并且需要仔细考虑哪些功能应该暴露给客户端，哪些功能应该隐藏起来。同时，也要避免过度使用外观模式，以免导致系统结构过于复杂。

总的来说，外观模式是一种非常实用的设计模式，它可以帮助我们简化复杂系统的接口，降低客户端与子系统之间的耦合度，提高系统的安全性和灵活性。

享元模式

享元模式（Flyweight Pattern）是一种软件设计模式，它使用共享物件来尽可能减少内存使用量以及分享资讯给尽可能多的相似物件。该模式适合用于只是因重复而导致使用无法令人接受的大量内存的大量物件。

享元模式的特点和优点包括：

减少内存占用：通过共享内部状态，减少了相似对象的数量，降低了内存占用。
提高性能：减少了创建相似对象的开销，提高了系统的性能。
分离内部状态和外部状态：内部状态可以共享，外部状态是独立的，客户端可以自行设置。
简化对象结构：通过将状态分离，简化了对象的结构，使得对象更加轻量级。

然而，享元模式也存在一些缺点：

对象共享可能导致线程安全问题：如果多个线程同时访问共享对象，并修改了外部状态，可能会导致线程安全问题。
增加了代码复杂性：为了实现对象的共享和分离状态，需要引入额外的逻辑，增加了代码的复杂性。

享元模式常见的应用场景包括：

大量共享对象的场景：如数据库连接池、线程池等。这些对象可以通过享元模式来实现共享，减少对象的创建和销毁，提高系统的性能和可扩展性。
大数据量的场景：如图像处理中的像素点、文本处理中的单词等。这些对象可以通过享元模式来共享，减少对象的创建和内存消耗，提高系统的性能和可扩展性。
高并发的场景：如电商网站的购物车、在线游戏的排行榜等。这些对象可以通过享元模式来共享，减少对象的创建和销毁，提高系统的并发处理能力和响应速度。
分布式系统中的对象共享：如分布式缓存系统、分布式锁等。

总的来说，享元模式是一种用于优化内存使用和提高系统性能的有效手段，但使用时需要注意线程安全和代码复杂性的问题。在实际应用中，应根据具体场景和需求来评估是否适用该模式。

组合模式

组合模式（Composite Pattern）是一种对象结构型设计模式，它将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次关系，使得客户端对单个对象和组合对象的使用具有一致性。组合模式让用户可以忽略组合对象与单个对象的不同，以统一的方式处理它们。

组合模式的主要优点包括：

简化了客户端代码：客户端可以一致地处理单个对象和组合对象，无需关心处理的是哪种类型的对象，从而简化了客户端的代码。
提高了扩展性：新的对象可以很容易地加入到组合体中，客户端代码不需要因为加入了新的对象而做出修改，满足了开闭原则。

然而，组合模式也存在一些缺点：

设计较为复杂：客户端需要花更多时间理清类之间的层次关系。
不容易限制容器中的构件：容器中的构件可以自由增加，这可能导致设计上的混乱。
不容易用继承的方式来增加构件的新功能：由于组合模式通常涉及到多个层次的类，继承方式可能会使得设计变得复杂和难以维护。

在实际应用中，组合模式常用于表示具有层次结构的数据，如文件系统、组织架构、图形界面控件、菜单和子菜单等。例如，在文件系统中，文件和目录都可以被视为节点，目录节点可以包含其他文件和目录节点，形成一个树形结构。通过使用组合模式，我们可以对文件和目录进行统一的操作，如创建、删除、复制等。

总的来说，组合模式是一种强大的设计模式，它能够帮助我们处理具有层次结构的数据，并提供一种统一的方式来操作这些数据。然而，在使用组合模式时，我们需要仔细考虑其优缺点，并根据实际需求来确定是否适合使用。