1、.,1,軟件設(shè)計模式,Software Design Pattern,.,2,第一講 軟件設(shè)計模式概述,設(shè)計模式的基本概念 軟件危機(jī) 軟件設(shè)計模式的定義 軟件設(shè)計模式的必要性與作用 軟件設(shè)計的基本原則 軟件設(shè)計模式學(xué)習(xí)的前提基礎(chǔ) 軟件設(shè)計模式的主要分類 創(chuàng)建型模式 結(jié)構(gòu)型模式 行為型模式 工廠方法模式,.,3,設(shè)計模式的基本概念-軟件危機(jī),軟件危機(jī)的含義 軟件危機(jī)是指在計算機(jī)軟件的開發(fā)和維護(hù)過程中所遇到的一系列嚴(yán)重問題。這些問題不僅僅是不能正常運(yùn)行的軟件才具有的，實(shí)際上，幾乎所有軟件都不同程度的存在這些問題。軟件危機(jī)包含下屬兩方面的問題：如何開發(fā)軟件，以滿足對軟件日益增長的需求；如何維護(hù)數(shù)量不

2、斷膨脹的已有軟件。,.,4,設(shè)計模式的基本概念-軟件危機(jī),軟件危機(jī)的產(chǎn)生原因 與軟件本身的特點(diǎn)有關(guān)。軟件不同于硬件，它是計算機(jī)系統(tǒng)中的邏輯部件而不是物理部件；軟件不會因使用時間過長而“老化”或“用壞”；在寫出程序代碼并在計算機(jī)上試運(yùn)行之前，軟件開發(fā)過程的進(jìn)展情況較難衡量，軟件質(zhì)量也較難評價，因此管理和控制軟件開發(fā)過程十分困難；軟件質(zhì)量不是根據(jù)大量制造的相同實(shí)體的質(zhì)量來度量，而是與每一個組成部分的不同實(shí)體的質(zhì)量緊密相關(guān)，因此，在運(yùn)行時所出現(xiàn)的軟件錯誤幾乎都是在開發(fā)時期就存在而一直未被發(fā)現(xiàn)的，改正這類錯誤通常意味著改正或修改原來的設(shè)計，這就在客觀上使得軟件維護(hù)遠(yuǎn)比硬件維護(hù)困難；軟件是一種信息產(chǎn)品，

3、具有可延展性，屬于柔性生產(chǎn)，與通用性強(qiáng)的硬件相比，軟件更具有多樣化的特點(diǎn)。,.,5,設(shè)計模式的基本概念-軟件危機(jī),軟件危機(jī)的產(chǎn)生原因 來自于軟件開發(fā)人員的弱點(diǎn)。其一，軟件產(chǎn)品是人的思維結(jié)果，因此軟件生產(chǎn)水平最終在相當(dāng)程度上取決于軟件人員的教育、訓(xùn)練和經(jīng)驗(yàn)的積累；其二，對于大型軟件往往需要許多人合作開發(fā)，甚至要求軟件開發(fā)人員深入應(yīng)用領(lǐng)域的問題研究，這樣就需要在用戶與軟件人員之間以及軟件開發(fā)人員之間相互通訊，在此過程中難免發(fā)生理解的差異，從而導(dǎo)致后續(xù)錯誤的設(shè)計或?qū)崿F(xiàn)，而要消除這些誤解和錯誤往往需要付出巨大的代價；其三，由于計算機(jī)技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展迅速，知識更新周期加快，軟件開發(fā)人員經(jīng)常處在變化之中，不

4、僅需要適應(yīng)硬件更新的變化，而且還要涉及日益擴(kuò)大的應(yīng)用領(lǐng)域問題研究。,.,6,設(shè)計模式的基本概念-軟件危機(jī),軟件危機(jī) 軟件危機(jī)主要有以下一些典型表現(xiàn)：1.對軟件開發(fā)成本和進(jìn)度的估計常常很不準(zhǔn)確。2.用戶對“已完成的”軟件系統(tǒng)不滿意的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。3.軟件產(chǎn)品的質(zhì)量往往靠不住。4.軟件常常是不可維護(hù)的。5.軟件通常沒有適當(dāng)?shù)奈臋n資料。6.軟件成本在計算機(jī)系統(tǒng)總成本中所占的比例逐年上升。7.軟件開發(fā)生產(chǎn)率提高的速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上計算機(jī)應(yīng)用迅速普及深入的趨勢。,.,7,設(shè)計模式的基本概念,模式 設(shè)計模式 軟件設(shè)計模式的必要性與作用 設(shè)計模式的分類,.,8,設(shè)計模式的基本概念,設(shè)計模式的概念最早起源于Ch

5、ristopher Alexander. 每個模式描述了一個在我們的環(huán)境中不斷出現(xiàn)的問題以及該問題解決方案的核心。 通過使用模式，我們可以無限次使用那些已有的解決方案，無需重復(fù)相同的工作。 通用定義： 模式是一種問題的解決思路，它已經(jīng)適用于一種實(shí)踐環(huán)境，并可以使用于其他環(huán)境。,.,9,設(shè)計模式的基本概念-生活中的模式,古人在遇到生活問題時，能通過不斷的思考、實(shí)踐、總結(jié)，最后得到許多解決生活困難的方法。 后人遇到相同問題的時候，也會采用同樣的方法，這些方法就被稱為模式。 烤肉-取火 取水-打井 耕田-耕牛,.,10,設(shè)計模式的基本概念-設(shè)計模式,所謂設(shè)計模式是對于某一類軟件設(shè)計問題的可重用的解決

6、方案。 設(shè)計模式的最終目標(biāo)就是幫助人們利用成功軟件設(shè)計師們的集體經(jīng)驗(yàn)，來設(shè)計出更加優(yōu)秀的軟件，解決軟件危機(jī)的問題。 引入軟件設(shè)計模式將成為企業(yè)或者個人可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。只有專業(yè)，才能在這個領(lǐng)域做得最好，為社會、企業(yè)和個人帶來更多的價值,.,11,設(shè)計模式的基本概念-設(shè)計模式的特點(diǎn),設(shè)計模式的特點(diǎn) 名稱 每個設(shè)計模式都有一個名稱。 可傳授性 問題反復(fù)出現(xiàn)，解決問題的方案相同，大家都接受改方案。 可重用性 問題反復(fù)出現(xiàn)，盡管問題出現(xiàn)的 環(huán)境有不同，但解決方案都應(yīng)該有效。,.,12,設(shè)計模式的基本概念-設(shè)計模式的必要性與作用,重用設(shè)計 重用設(shè)計比重用代碼更有意義，它會自動帶來代碼重 用； 為設(shè)計

7、提供共同的詞匯 每個模式名就是一個設(shè)計詞匯，其概念使得程序員間的交流更加 方便；編寫開發(fā)文檔更加容易； 重構(gòu)系統(tǒng)更加容易 設(shè)計模式從最初的設(shè)計就考慮到變化，因此當(dāng)需求發(fā)生變化時，一般不會改變整體設(shè)計； 節(jié)約設(shè)計時間 可采用任何編程語言實(shí)現(xiàn),.,13,設(shè)計模式的基本概念-設(shè)計模式基本原則,高內(nèi)聚、低耦合 一個軟件系統(tǒng)要有一個穩(wěn)定的架構(gòu)，不會隨需求的改變而發(fā)生巨大的變動。因此，高內(nèi)聚、低耦合是一個軟件系統(tǒng)設(shè)計中必須遵循的基本原則。 面向抽象編程 在面向過程的軟件開發(fā)中，上層組件調(diào)用下層組件，就意味著上層組件依賴于下層組件，當(dāng)下層組件發(fā)生劇烈變化時，上層組件也要跟著一起發(fā)生變動，這將導(dǎo)致軟件組件模塊

8、的復(fù)用性大大降低，從而增加軟件開發(fā)成本，使軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計上存在一定的臃腫性，不利于后期系統(tǒng)維護(hù)工作。 多用組合少用繼承 在面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計中，對于類的擴(kuò)展，首先想到的是使用類的繼承來實(shí)現(xiàn)，由子類繼承父類，從而完成對子類功能的擴(kuò)展。繼承的好處是可以盡量讓相同的屬性或者功能復(fù)用，但是隨著項(xiàng)目越來越大，需求的不斷變化，繼承就會變得越來越臃腫，后期難以控制和維護(hù)。最重要的是，繼承會不分青紅皂白地把父類的公有和受保護(hù)的方法統(tǒng)統(tǒng)繼承下來，而這些方法可能是子類不需要的功能，會對子類產(chǎn)生一些危害。 “開-閉”原則,即“對擴(kuò)展開放，對修改關(guān)閉”,.,14,設(shè)計模式的基本概念-設(shè)計模式的分類,目前設(shè)計模式可以分為

9、兩大類： GOF(Gang of Four) GOF 是由四位(Erich GAMMA, Richarc Helm, Ralph Johnson, John Vlissides) 具有豐富的面向?qū)ο笤O(shè)計經(jīng)驗(yàn)的大師給出的，所以被稱為“四人幫”模式； GOF設(shè)計模式常用的有23種； 著重考慮設(shè)計的實(shí)現(xiàn)，類的交互和軟件的質(zhì)量； GRASP(General Responsibility Assignment Software Patterns) 通用責(zé)任分配挼建設(shè)計模式； 著重考慮設(shè)計類的原則以及如何分配類的功能； GOF是遵循GRASP模式要求的面向?qū)ο笤O(shè)計模式,.,15,設(shè)計模式的基本概念-設(shè)計模

10、式的分類,GOF設(shè)計模式分類可基于兩種準(zhǔn)則： 根據(jù)模式的目的，也就是根據(jù)模式是用來完成什么工作 Creational(創(chuàng)建型) Structural(結(jié)構(gòu)型) Behavioral(行為型） 根據(jù)模式的范圍，模式是針對類還是對象 類模式； 對象模式；,.,16,設(shè)計模式的基本概念-設(shè)計模式的分類,.,17,設(shè)計模式學(xué)習(xí)的前提基礎(chǔ),至少掌握一種面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言 具有面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的基本概念 掌握UML（Unified Modelling Language) 實(shí)踐是需要理論知識積累的。要想正確應(yīng)用各種設(shè)計模式，首先需要學(xué)習(xí)設(shè)計模式，掌握設(shè)計模式的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)，最重要的是在學(xué)習(xí)設(shè)計模式當(dāng)中掌握軟件

11、設(shè)計原則。設(shè)計模式是前人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的，具有固定的實(shí)現(xiàn)方式，但是設(shè)計原則是活的，是需要我們認(rèn)真體會和領(lǐng)悟的。,.,18,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,名稱：工廠方法模式（Factory method pattern) 或工廠模式（Factory pattern) 或 虛構(gòu)造器（Virtual Constructor) 設(shè)計：父類負(fù)責(zé)定義創(chuàng)建對象的公共接口，子類則負(fù)責(zé)生成具體的對象。 意圖：將類的實(shí)例化操作延遲到子類中完成，由子類來決定究竟該實(shí)例化（創(chuàng)建）哪一個類。,.,19,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,所謂工廠方法模式（Factory Method Pattern），就是定義一個創(chuàng)

12、建產(chǎn)品對象的工廠接口，讓子類決定實(shí)例化哪一種實(shí)例對象，也就是將實(shí)際創(chuàng)建實(shí)例對象的工作推遲到子類當(dāng)中，核心工廠類不再負(fù)責(zé)具體產(chǎn)品的創(chuàng)建。,.,20,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,.,21,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,.,22,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,工廠方法時序圖,.,23,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,實(shí)例一（兵工廠）,.,24,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,實(shí)例一（兵工廠）,.,25,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,實(shí)例二（多文檔）,.,26,接口的作用,接口的定義方面來說,接口其實(shí)就是類和類之間的一種協(xié)定,一種約束（安全性）. 方便統(tǒng)一管理.另一個是方便調(diào)用 提高模塊內(nèi)的

13、內(nèi)聚性，降低模塊間的耦合性. 擴(kuò)展性 使用方便，可讀性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)清晰的特點(diǎn)。 interface IBark void Bark(); class Dog implement IBark public Dog() public void Bark() System.out.println(汪汪); ,.,27,抽象類和接口的區(qū)別,abstract class 在 Java 語言中表示的是一種繼承關(guān)系，一個類只能使用一次繼承關(guān)系。但是，一個類卻可以實(shí)現(xiàn)多個interface。 abstract class 中可以有自己的數(shù)據(jù)成員，也可以有非abstarct的成員方法，而在interface中，只能

14、夠有靜態(tài)的不能被修改的數(shù)據(jù)成員（也就是必須是static final的，不過在 interface中一般不定義數(shù)據(jù)成員），所有的成員方法都是abstract的。 abstract class和interface所反映出的設(shè)計理念不同。其實(shí)abstract class表示的是is-a關(guān)系，interface表示的是like-a關(guān)系。 實(shí)現(xiàn)抽象類和接口的類必須實(shí)現(xiàn)其中的所有方法。抽象類中可以有非抽象方法。接口中則不能有實(shí)現(xiàn)方法。 接口中定義的變量默認(rèn)是public static final 型，且必須給其初值，所以實(shí)現(xiàn)類中不能重新定義，也不能改變其值。 抽象類中的變量默認(rèn)是 friendly 型，

15、其值可以在子類中重新定義，也可以重新賦值。 接口中的方法默認(rèn)都是 public,abstract 類型的。,.,28,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,實(shí)例二（多文檔）,.,29,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,實(shí)例二（多文檔）,.,30,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,實(shí)例二（多文檔）,.,31,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,實(shí)例二（多文檔）,.,32,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,實(shí)例二（多文檔）,.,33,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,實(shí)例三（手機(jī)工廠）,.,34,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,實(shí)例三（手機(jī)工廠）,.,35,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,實(shí)例三（手機(jī)工廠）,.,3

16、6,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式）,實(shí)例三（手機(jī)工廠）,.,37,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式,故事中的工廠方法模式 我們看一下故事中出現(xiàn)的人物和事物各自對應(yīng)工廠方法設(shè)計模式的哪些部件，如下所示： 大司徒王允寶刀工廠（負(fù)責(zé)提供寶刀） 校尉曹操獲得七星寶刀的具體工廠 七星寶刀具體產(chǎn)品（寶刀中的一類),.,38,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式,其實(shí)我們可以再抽象化一點(diǎn)：大司徒王允擁有很多寶刀，而七星寶刀是其中最好、最鋒利的一把，曹操獲得的就是這把最鋒利的七星寶刀。OK！我們已經(jīng)使用了抽象的概念了！,.,39,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式,建立產(chǎn)品 1抽象寶刀AbstractSword 2具體寶刀Qi

17、xingSword七星寶刀 建立工廠 1抽象寶刀工廠ISwordFactory 生產(chǎn)抽象寶刀 2具體寶刀工廠Caocao 生產(chǎn)七星寶刀 故事情節(jié)的歷史重現(xiàn) 用八星寶刀來考驗(yàn)?zāi)Ｊ?1創(chuàng)建八星寶刀BaxingSword 2創(chuàng)建具體寶刀工廠Caocao2 生產(chǎn)八星寶刀 3讓曹操使用八星寶刀刺殺董卓,.,40,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式),.,41,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式),.,42,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式),package com.demo.factory.itf; import com.demo.factory.model.AbstractSword; /* * 寶刀工廠 * * a

18、uthor Administrator * */ public interface ISwordFactory /* * 生產(chǎn)各類寶刀(返回值是抽象寶刀類型) * * return */ public AbstractSword createSword(); ,.,43,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式),package com.demo.factory; import com.demo.factory.itf.ISwordFactory; import com.demo.factory.model.AbstractSword; import com.demo.factory.model.obje

19、ct.QixingSword; /* * 具體工廠曹操 * * author * */ public class Caocao implements ISwordFactory /* *實(shí)現(xiàn)ISwordFactory接口的createSword方法生產(chǎn)七星寶島 */ public AbstractSword createSword() return new QixingSword(); ,.,44,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式),package com.demo.factory.model; /* * 定義抽象寶刀 * * author Administrator * */ public ab

20、stract class AbstractSword / 寶刀的名稱 private String name; public AbstractSword() / 獲得寶刀名稱 public String getName() return name; / 設(shè)置寶刀名稱 public void setName(String name) = name; ,.,45,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式),package com.demo.factory.model.object; import com.demo.factory.model.AbstractSword; /* * 七星寶刀

21、類 * * author * */ public class QixingSword extends AbstractSword /* * 構(gòu)造方法設(shè)置寶刀名稱 */ public QixingSword() this.setName(七星寶刀); ,.,46,創(chuàng)建型模式之一（工廠方法模式),package com.demo; import java.util.HashMap; import java.util.Map; import com.demo.factory.Caocao2; import com.demo.factory.itf.ISwordFactory; import com.demo.facto