設計模式之歡迎來到設計模式世界(一)

来源:https://www.cnblogs.com/dimple91/archive/2019/03/20/10567893.html
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親愛的朋友,歡迎你來到對象村,開始走進設計模式的世界。這裡的每個人都很熟練的使用設計模式,很快我和你們一起,都會學習的很好,通過設計模式,躋身上流社會。 計劃每一章節的學習,通過幾個篇幅來完成,理論+實踐的方式。書中很多地方用到了圖形表示,小編儘量用圖文的方式和大家互動。先用理論建立知識,再用圖形象 ...


親愛的朋友,歡迎你來到對象村,開始走進設計模式的世界。這裡的每個人都很熟練的使用設計模式,很快我和你們一起,都會學習的很好,通過設計模式,躋身上流社會。

計劃每一章節的學習,通過幾個篇幅來完成,理論+實踐的方式。書中很多地方用到了圖形表示,小編儘量用圖文的方式和大家互動。先用理論建立知識,再用圖形象地描述鞏固學習。每篇文章給出書中的思考題和大家互動,在後文給出答案。力爭讓沒讀過此書的朋友也能有個理解。小編第一次嘗試書本跟讀,希望大家多給意見,同大家一起進步。

記得大學的時候,C++的老師在教我們面向對象的是就是用的鴨子會飛、會叫的例子,沒想到《Head First 設計模式》里用的也是這個,沒看過太多的書,可能鴨子比較特殊吧。前幾個月,還出現各種鴨子的表情包,還有很出名的小黃鴨,讓我不禁贊嘆,鴨子才是人類比較好的朋友呀。

那麼第一個問題來了,一家公司想要設計一款關於鴨子的游戲,游戲中會出現各種鴨子,一邊游泳戲水,一邊呱呱叫。游戲的模型已經有了面向對象的思想,設計了一個鴨子的超類(Superclass),並讓各種鴨子繼承這個超類。現在想讓鴨子會飛,你會怎麼做呢?初始的鴨超類如下,隨著我們一步步學習,我們將這個超類一步步優化,敬請期待。

public class Duck {
    public Duck() {
    
    }
    
    // 游泳
    public void swim() {
        System.out.println("I can swim");
    }
    
    // 呱呱叫
    public void quack() {
        
    }
    
    // 顯示
    public void display() {
        
    }
    
    // 飛行
    public void fly() {
        
    }
}

我第一個冒出來的想法就是繼承,我也算是寫了幾年程式的老鳥了,沒想到也只能想到這麼low的想法,用繼承來解決問題。在繼承中加入fly()方法。好啦,現在所有的鴨子都會飛了,包括玩具鴨,天吶,這是什麼情況,難道你還要給玩具鴨裝發動機麽。要知道,並不是所有的鴨子都會飛的呀。如果以後還有一隻木頭鴨,啥都不會,怎麼辦呢。或者說以後鴨子變異了,多了功能,也並不是所有的鴨子都需要有的功能呢。這就引出了繼承的弊端,給大家留的第一個思考題,繼承會有哪些缺點呢?期待在留言區看到你的答案(答案下期揭曉)。以下哪幾個是缺點:

  • A 代碼在多個子類中重覆
  • B 運行時的行為不容易改變
  • C 我們不能讓鴨子跳舞
  • D 很難知道所有鴨子的全部行為
  • E 鴨子不能同時又飛又叫
  • F 改變會牽一發動全身,造成其他鴨子不想要的改變

所以,我們還是不能用繼承來解決剛提出來的問題。有些鴨子會飛,有些鴨子會叫,有些啥都不會,鴨子行為太過於繁雜,不能一以貫之。這就引出了我們需要接觸到的設計原則「找到應用中可能需要變化之處,並把它們獨立出來,不要和那些不需要變化的代碼混在一起」這樣,代碼變化引起的不經意後果變少,系統變得更有彈性。在剛纔的例子中,我們就把鴨子會飛以及會叫的屬性的分開,組建一個新類來表示。

第二個重點來了,如何設計那組實現飛行和呱呱叫的行為的類呢。那就把鴨子的行為放在分開的類中,此類專門提供某行為介面的實現,這樣鴨子類就不再需要知道行為的實現細節。鴨子的子類將實現介面,不會綁死在鴨子的子類中,做一些沒必要的事情。這就是我們需要說的第二個設計原則「針對介面編程,而不是實現編程

我們利用介面代表每個行為,在這裡用FlyBehavior與QuackBehavior分別表示飛行行為和呱呱叫行為,並且行為的每個實現都將實現其中的一個介面。這樣的好處就是飛行和呱呱叫的動作可以被其他對象復用,復用的同時這些行為徹底和鴨子類無關。前文說到的,鴨子還想增加其他的行為,也可以通過此方式來進行,既不會影響到既有的行為類,也不會影響到使用到飛行行為的鴨子類。整合之前鴨子的行為,在實踐中就是把飛行和呱呱叫方法在之前的超類中刪除,通過介面來實現,進行分離。
飛行和呱呱叫介面如下:

// 飛行介面
public interface FlyBehavior {
    public void fly();
}

// 呱呱叫介面
public interface QuackBehavior {
    public void quack();
}

相應的實現類如下:

// 飛行類
public class FlyWithWings implements FlyBehavior {

    @Override
    public void fly() {
        // 實現鴨子的飛行
        System.out.println("I'm flying!!!");
    }

}

// 呱呱叫類
public class Quack implements QuackBehavior {

    @Override
    public void quack() {
        // 實現鴨子的呱呱叫
        System.out.println("Quack");
    }

}

如果鴨子要動態設定行為呢?什麼意思,就是說「模型鴨想飛,利用火箭動力飛」。在我們現有的設計中,難不倒我們。我們可以在鴨子子類中通過設定方法「setter method」的方式來設定鴨子的行為,而不用在構造器中實例化。構造器中模型鴨不會飛,通過設定鴨子的行為,把火箭動力行為設定好,相當於把鴨子加了一個bug,設定好之後再給鴨子去飛。

// 在超類中添加動態設置的行為
public void setFlyBehavior(FlyBehavior fb) {
    flyBehavior = fb;
}

public void setQuackBehavior(QuackBehavior qb) {
    quackBehavior = qb;
}

// 通過一個測試類進行測試反饋
public class MiniDuckSimulator {
    public static void main(String[] args) {
        Duck mallard = new MallardDuck();
        // 這裡調用MallardDuck繼承來的performQuack(),進而委托給該對象的QuackBehavior對象處理,
        // 也就是說,調用繼承來的QuackBehavior的quack(),performFly同理
        mallard.performQuack();
        mallard.performFly();
        
        Duck model = new ModelDuck();
        // 第一次調用,不會飛
        model.performFly();
        // 調用繼承來的setter方法,把火箭動力飛行的行為定到模型鴨中,模型鴨能一飛衝天
        model.setFlyBehavior(new FlyRocketPowered());
        // 這樣就成功的改變了行為
        model.performFly();
    }
}

// 運行結果,我們實現了火箭助力飛行
Quack
I'm flying!!!
I can't fly
I'm flying with a  rocket

好了,現在我們有鴨子超類,鴨子類,飛行行為實現FlyBehavior介面,呱呱叫行為實現QuackBehavior介面。之前繼承的想法,就是IS-A(是一個)的關係,現在通過封裝行為,實現介面,變成了HAS-A(有一個)的關係,將兩個類結合起來,就成為了一個組合(composition)。區別顯而易見,鴨子的行為是通過對象的「組合」來的,而不是「繼承」而來。恭喜你,掌握了第三個設計原則「多用組合,少用繼承」。使用組合建立系統具有很大的彈性,只要組合的行為對象符合正確的介面標準,那就可以「在運行時動態的改變行為」。

簡單的學到這裡,其實已經在無形之中引出了一個設計模式「策略模式」,他定義了演算法族,分別封裝起來,讓它們之間互相替換,此模式讓演算法的變化獨立於使用演算法的客戶。有了這個策略模式,系統不需要擔心遇到任何改變,通過上述的操作,就能靈活應對,神不神奇,意不意外,驚不驚喜。

現在對之前的理論做個簡單的總結:首先我們先用鴨子舉個例子,引出超類Duck,子類的概念;第二,因為鴨子需要各自有行為,呱呱叫,飛行行為,我們設計出介面QuackBehavior和FlyBehavior,實現類FlyWithWings(實現鴨子飛行)等其他行為和Quack(實現鴨子呱呱叫等其他叫聲);第三,我們需要鴨子有火箭般的速度,繼而引出FlyRocketPowered的行為,方便鴨子動態設定。自此三個步驟,把今天的行為實現,得出了三個設計原則和一個設計模式。最終的Duck類如下

public abstract class Duck {
    // 為行為介面類型聲明兩個引用變數,所有 鴨子類都繼承他們
    FlyBehavior flyBehavior;
    QuackBehavior quackBehavior;
    
    public Duck() {
        
    }
    
    public void setFlyBehavior(FlyBehavior fb) {
        flyBehavior = fb;
    }
    
    public void setQuackBehavior(QuackBehavior qb) {
        quackBehavior = qb;
    }
    
    abstract void display();
    
    public void performQuack() {
        // 委托給呱呱叫行為類
        quackBehavior.quack();
    }
    
    public void performFly() {
        // 委托給飛行行為類
        flyBehavior.fly();
    }
    
    public void swim() {
        System.out.println("I can swim");
    }
}

代碼流程部分就到這裡,在學習的過程當中,還有很多類圖,很多思考以及總結等我去完善。這是第一篇,下麵一篇會把這次的轉變通過圖文的方式做一個總結,小伙伴們先別急,學習是一個循序漸進的過程,小編會把代碼寫好,測試好,開源到GayHub上,同大家一起進步。

今天的內容就到這裡,歡迎各位拍磚!

為了讓小伙伴免去找資料的麻煩,公眾號「奔跑吧攻城獅」回覆設計模式,獲取最經典的兩本書籍《Head First設計模式》以及《大話設計模式》,一同開啟新篇章。


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