設計模式的基礎知識

来源:https://www.cnblogs.com/fatedeity/archive/2022/07/28/16529096.html
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作為一個開發人員,都想寫出一手好的代碼,而不是別人稱的“屎山”,設計模式提供了一系列常見問題的解決方案,通過利用設計模式來儘可能統一規範,可以提高代碼的可維護性、可讀性、可擴展性。 ...


概念基礎

經典定義

模式起源於建築業而非軟體業,下麵是最早研究模式的 Christopher Alexander 博士對模式下的定義:

A pattern is a successful or efficient solution to a recurring problem within a content.

模式是在特定環境下人們解決某類重覆出現問題的一套成功或有效的解決方案。

在軟體業當中,最經典的設計模式研究人員莫過於“四人組”(GoF),他們對設計模式的定義如下:

Design patterns are descriptions of comminicating objects and classes that are customized to solve a general design problem in a particular context.

設計模式是在特定環境下為解決某一通用軟體設計問題提供的一套定製的解決方案,該方案描述了對象和類之間的相互作用。

設計模式結構

設計模式是和數據結構與演算法同層次的知識點,利用數據結構與演算法可以寫出高效的代碼,利用設計模式可以寫出可擴展、可讀、可維護的高質量代碼。

在軟體業當中,設計模式也可以看作是軟體模式中的一部分,負責優化編碼、實現高質量代碼的一部分。

設計模式和軟體模式類似,基本結構主要由 4 個部分構成:

  • 模式名稱:簡易描述模式的問題呈現、解決方案或實現效果
  • 問題呈現:描述何時使用模式,包含了設計中存在的問題以及問題存在的原因
  • 解決方案:描述組成成分以及這些組成成分之間的相互關係、各自的職責和協作方式
  • 實現效果:應用模式之後的效果以及在使用模式時應權衡的問題

目的和優點

掌握設計模式之後,在以下場景的作用非常大:

  • 使用設計模式作為編碼標準,能方便開發過程中的溝通和交流
  • 面對複雜代碼、功能、系統的設計和開發,也能夠得心應手、游刃有餘
  • 利用設計模式編寫好的代碼,可以在團隊中脫穎而出,告別被別人吐槽代碼寫得爛
  • 優秀的開源項目會使用很多設計原則、設計模式或設計思想,熟悉這些可以在閱讀代碼時更輕鬆
  • 面試時會有問設計模式的情況,掌握設計模式可以輕鬆應對
  • 職業發展到更高級的工程師,代碼的質量影響著日常開發,作為面試官也需要瞭解

評價編碼質量

學習設計模式就是為了提高代碼的質量,在學習設計模式之前,應當先瞭解編碼質量的概念和評價標準。

代碼質量是一個綜合各種標準得到的結論,不能通過單一的維度去評價一段代碼寫得好壞。即使是可擴展性非常好的代碼,但是可讀性非常差,並不能評價這段代碼質量高。

如何評價

對編碼質量的常見評價標準非常多,而它們又存在著包含、重疊、相互影響的關係,如一段代碼的可讀性、可擴展性非常好,也意味著這段代碼的可維護性非常好。

在日常開發中,通常是無法客觀地去評價代碼的質量高低,對於同一段代碼,高級開發工程師可能覺得可讀性非常好,而初級開發工程師就會覺得難以閱讀,他們的評價標準肯定是不一樣的。

評價標準

代碼質量的評價詞語非常多,但使用時應儘量避免過於抽象或過於細節的評價,儘量使用較為精準的詞語。

如下是常用的幾個評價標準:

  • 可維護性(maintainability):指的是可以在不破壞原有設計、不引入新 bug 的前提下快速修改或者添加代碼
  • 可讀性(readability):通過看代碼是否符合編碼規範、命名是否達意、註釋是否詳盡、模塊劃分是否清晰、是否符合高內聚低耦合等等
  • 可擴展性(extensibility):指的是在不修改或少量修改原有代碼的前提下,通過擴展的方式添加新的功能代碼
  • 簡潔性(simplicity):代碼要儘量簡單,邏輯清晰,這樣可以使得代碼易讀、易維護
  • 可復用性(reusability):儘量減少重覆代碼的編寫,復用已有的代碼,解耦、高內聚、模塊化都能提高代碼的可復用性
  • 可測試性(testability):代碼可測試性的好壞,能從側面上非常準確地反映代碼質量的好壞

其中可維護性、可讀性、可擴展性是最重要的三個評價標準。

內聚、耦合

內聚指的是一個模塊內部各成分之間相關聯程度的度量。所謂高內聚,就是相近的功能應該放在一個模塊內,不相近的功能不要放在一個模塊內。

耦合指的是兩個模塊之間的關聯程度。所謂松耦合指的是,兩個模塊之間的依賴關係簡單清晰,即使兩個模塊有依賴關係,一個模塊的改動不會或者很少影響到另一個模塊。

高內聚和松耦合通常是一起出現的,高內聚有助於松耦合,松耦合又需要高內聚的支持。高內聚和松耦合的程式在可維護性、可讀性、可擴展性上都會好很多。

高質量編碼

要想編寫高質量的代碼,可以從設計風格、設計原則、設計模式、編程規範、重構技巧等等方向著手。

設計風格

現在主流的編程風格分為三種:面向過程、面向對象、函數式編程。

面向對象編程是其中相對流行的風格,而且大部分的設計原則、設計模式都是基於面向對象編程實現的。

設計原則

設計原則可以指導代碼設計,它們都非常抽象,通常是在開發時給予指導意義。

常見的設計原則有 SOLID 原則、DRP 原則、KISS 原則、YAGNI 原則、LOD 原則等。

設計模式

大部分設計模式解決的是代碼的可擴展性問題。

在設計模式領域,狹義的設計模式就是指 GoF 的《設計模式:可復用面向對象軟體設計的基礎》一書中包含的 23 種經典的設計模式。

這 23 種設計模式根據目的(模式是用來做什麼的)可分為 3 種類型:創建型、結構型、行為型:

  • 創建型設計模式主要解決“對象的創建”問題
  • 結構型設計模式主要解決“類或對象的組合或組裝”問題
  • 行為型設計模式主要解決“類或對象之間的交互”問題

按照我自己對這些設計模式的理解程度對設計模式做排序,它們的詳細分類如下:

  • 創造型設計模式:單例模式、工廠方法模式、抽象工廠模式、建造者模式、原型模式
  • 結構型設計模式:適配器模式、橋接模式、組合模式、裝飾模式、外觀模式、享元模式、代理模式
  • 行為型設計模式:解釋器模式、模板方法模式、職責鏈模式、命令模式、迭代器模式、中介者模式、備忘錄模式、觀察者模式、狀態模式、策略模式、訪問者模式

編程規範

編程規範已經深入到編碼當中,是一種更具體的解決代碼可讀性問題的方法。

編程規範更註重代碼細節,比如,如何給變數、類、函數命令,如何寫代碼註釋,函數不宜過長、參數不宜過多等。

重構技巧

重構是代碼開發中非常重要的一個環節,持續重構是保持代碼質量不下降的有效手段。

其實重構已經不算是方法論了,而是一種行為,通常重構是基於設計風格、設計原則、設計模式、編程規範這些理論才能做得更好。

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