设计模式是怎样解决设计问题的,在实际编程中是如何使用的?

x33g5p2x  于2022-06-27 转载在 其他  
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Grasp介绍

9个基本特征或原则:

信息专家

创造者

低耦合

高内聚

控制器

多态

纯虚构

中介

受保护变化

设计模式怎样解决设计问题?

1.寻找合适的对象

2.指定对象接口

3.描述对象的实现

4.针对接口编程,而不是针对实现编程

5.运用复用机制

6.设计应支持变化

Grasp介绍

GRASP,全称为General Responsibility Assignment Software Pattern,即通用职责分配软件模式,它由《UML和模式应用》(Applying UML and Patterns)一书作者Craig Larman提出。与其将它们称之为设计模式,不如称之为设计原则,因为它是站在面向对象设计的角度,告诉我们怎样设计问题空间中的类与分配它们的行为职责,以及明确类之间的相互关系等,而不像GoF模式一样是针对特定问题而提出的解决方案。因此GRASP站在一个更高的角度来看待面向对象软件的设计,它是GoF设计模式的基础。GRASP是对象职责分配的基本原则,其核心思想是职责分配(Responsibility Assignment),用职责设计对象(Designing Objects with Responsibilities)。

9个基本特征或原则:

信息专家

将职责分配给拥有履行一个职责所必需信息的类,即信息专家。

信息专家模式是面向对象设计的最基本原则。通俗点来讲,就是一个类只干该干的事情,不该干的事情不干。在系统设计时,需要将职责分配给具有实现这个职责所需要信息的类。信息专家模式对应于面向对象设计原则中的单一职责原则。

例如:常见的网上商店里的购物车(ShopCar),需要让每种商品(SKU)只在购物车内出现一次,购买相同商品,只需要更新商品的数量即可。如下图:

针对这个问题需要权衡的是,比较商品是否相同的方法需要放到那里类里来实现呢?分析业务得知需要根据商品的编号(SKUID)来唯一区分商品,而商品编号是唯一存在于商品类里的,所以根据信息专家模式,应该把比较商品是否相同的方法放在商品类里。

创造者

如果符合下面的一个或者多个条件,则可将创建类A实例的职责分配给类B:
B包含A;
B聚合A;
B拥有初始化A的数据并在创建类A的实例时将数据传递给类A;
B记录A的实例;
B频繁使用A。

此时,我们称类B是类A对象的创建者。如果符合多个条件,类B聚合或者包含类A的条件优先。

低耦合

耦合是评价一个系统中各个元素之间连接或依赖强弱关系的尺度,具有低耦合的元素不过多依赖其他元素。此处的元素可以是类,也可以是模块、子系统或者系统。具有高耦合的类过多地依赖其他类,这种设计将会导致:一个类的修改导致其他类产生较大影响;系统难以维护和理解;系统重用性差,在重用一个高耦合的类时不得不重用它所依赖的其他类。因此需要对高耦合的系统进行重构。

类A和类B之间的耦合关系体现如下:A具有一个B类型的属性;A调用B的方法;A的方法包含对B的引用,如方法参数类型为B或返回类型为B;A是B的直接或者间接子类;B是一个接口,A实现了该接口。低耦合模式鼓励在进行职责分配时不增加耦合性,从而避免高耦合可能产生的不良后果。在进行类设计时,需要保持类的独立性,减少类变更所带来的影响,它通常与信息专家模式和高内聚模式一起出现。

高内聚

   内聚是评价一个元素的职责被关联和关注强弱的尺度。如果一个元素具有很多紧密相关的职责,而且只完成有限的功能,则这个元素就具有高内聚性。此处的元素可以是类,也可以是模块、子系统或者系统。

    在一个低内聚的类中会执行很多互不相关的操作,这将导致系统难于理解、难于重用、难于维护、过于脆弱,容易受到变化带来的影响。因此我们需要控制类的粒度,在分配类的职责时使其内聚保持为最高,提高类的重用性,控制类设计的复杂程度。为了达到低内聚,我们需要对类进行分解,使得分解出来的类具有独立的职责,满足单一职责原则。在一个类中只保留一组相关的属性和方法,将一些需要在多个类中重用的属性和方法或完成其他功能所需的属性和方法封装在其他类中。类只处理与之相关的功能,它将与其他类协作完成复杂的任务。

控制器

      一个控制器是负责接收或者处理系统事件的非图形用户界面对象。一个控制器定义一组系统操作方法。在控制器模式中,要求系统事件的接收与处理通常由一个高级类来代替;一个子系统需要定义多个控制器,分别对应不同的事务处理。通常,一个控制器应当把要完成的功能委托给其他对象,它只负责协调和控制,本身不完成太多的功能。它可以将用户界面所提交的请求转发给其他类来处理,控制器可以重用,且不能包含太多业务逻辑,一个系统通常也不能设计一个统一的控制器。控制器模式与MVC模式相对应,而MVC是一种比设计模式更加高级的架构模式。 

多态

      由条件变化引发同一类型的不同行为是程序的一个基本主题。如果用if-else或switch-case等条件语句来设计程序,当系统发生变化时必须修改程序的业务逻辑,这将导致很难方便地扩展有新变化的程序。另外对于服务器/客户端结构中的可视化组件,有时候需要在不影响客户端的前提下,将服务器的一个组件替换成另一个组件。此时可以使用多态来实现,将不同的行为指定给不同的子类,多态是设计系统如何处理相似变化的基本方法,基于多态分配职责的设计可以方便地处理新的变化。在使用多态模式进行设计时,如果需要对父类的行为进行修改,可以通过其子类来实现,不同子类可以提供不同的实现方式,将具体的职责分配给指定的子类。新的子类增加到系统中也不会对其他类有任何影响,多态是面向对象的三大基本特性之一(另外两个分别是封装和继承),通过引入多态,子类对象可以覆盖父类对象的行为,更好地适应变化,使变化点能够“经得起未来验证”。多态模式在多个GoF设计模式中都有所体现,如适配器模式、命令模式、组合模式、观察者模式、策略模式等等。

纯虚构

      纯虚构模式用于解决高内聚和低耦合之间的矛盾,它要求将一部分类的职责转移到纯虚构类中,在理想情况下,分配给这种虚构类的职责是为了达到高内聚和低耦合的目的。

在实际操作过程中,纯虚构有很多种实现方式,例如将数据库操作的方法从数据库实体类中剥离出来,形成专门的数据访问类,通过对类的分解来实现类的重用,新增加的数据访问类对应于数据持久化存储,它不是问题域中的概念,而是软件开发者为了处理方便而产生的虚构概念。纯虚构可以消除由于信息专家模式带来的低内聚和高耦合的坏设计,得到一个具有更好重用性的设计。在系统中引入抽象类或接口来提高系统的扩展性也可以认为是纯虚构模式的一种应用。纯虚构模式通常基于相关功能的划分,是一种以功能为中心的对象或行为对象。在很多设计模式中都体现了纯虚构模式,例如适配器模式、策略模式等等。

中介

       “中介”顾名思义,就是这个事不能直接来办,需要绕个弯才行。绕个弯的好处就是,本来直接会连接在一起的对象彼此隔离开了,一个的变动不会影响另一个。就像前面的低耦合模式里说的一样,“两个不同模块的内部类之间不能直接连接”,但是我们可以通过中间类来间接连接两个不同的模块,这样对于这两个模块来说,他们之间仍然是没有耦合/依赖关系的。

受保护变化

       受保护变化模式简称PV,它是大多数编程和设计的基础,是模式的基本动机之一,它使系统能够适应和隔离变化。它与面向对象设计原则中的开闭原则相对应,即在不修改原有元素(类、模块、子系统或系统)的前提下扩展元素的功能。

开闭原则又可称为“可变性封装原则(Principle of Encapsulation of Variation, EVP)”,要求找到系统的可变因素并将其封装起来。如将抽象层的不同实现封装到不同的具体类中,而且EVP要求尽量不要将一种可变性和另一种可变性混合在一起,这将导致系统中类的个数急剧增长,增加系统的复杂度。在具体实现时,为了符合受保护变化模式,我们通常需要对系统进行抽象化设计,定义系统的抽象层,再通过具体类来进行扩展。如果需要扩展系统的行为,无须对抽象层进行任何改动,只需要增加新的具体类来实现新的业务功能即可,在不修改已有代码的基础上扩展系统的功能。大多数设计原则和GoF模式都是受保护变化模式的体现。

设计模式怎样解决设计问题?

设计模式采用多种方法解决面向对象设计者经常碰到的问题。这里给出几个问题以及使用设计模式解决它们的方法。

1.寻找合适的对象

面向对象程序由对象组成,对象包括数据和对数据进行操作的过程,过程通常称为方法或操作。对象在收到客户的请求(或消息)后,执行相应的操作。
客户请求是使对象执行操作的唯一方法,操作又是对象改变内部数据的唯一方法。由于这些限制,对象的内部状态是被封装的,它不能被直接访问,它的表示对于对象外部是不可见的。
面向对象设计最困难的部分是将系统分解成对象集合。因为要考虑许多因素:封装、粒度、依赖关系、灵活性、性能、演化、复用等等,它们都影响着系统的分解,并且这些因素通常还是互相冲突的。面向对象设计方法学支持许多设计方法。你可以写出一个问题描述,挑出名词和动词,进而创建相应的类和操作;或者,你可以关注于系统的协作和职责关系;或者,你可以对现实世界建模,再将分析时发现的对象转化至设计中。至于哪一种方法最好,并无定论。

2.指定对象接口

对象声明的每一个操作指定操作名、作为参数的对象和返回值,这就是所谓的操作的型构(signature)。

对象操作所定义的所有操作型构的集合被称为该对象的接口(interface)。对象接口描述了该对象所能接受的全部请求的集合,任何匹配对象接口中型构的请求都可以发送给该对象。
在面向对象系统中,接口是基本的组成部分。对象只有通过它们的接口才能与外部交流,如果不通过对象的接口就无法知道对象的任何事情,也无法请求对象做任何事情。对象接口与其功能实现是分离的,不同对象可以对请求做不同的实现,也就是说,两个有相同接口的对象可以有完全不同的实现。

3.描述对象的实现

作在类名下面,以常规字体表示。类所定义的任何数据都在操作的下面。类名与操作之间以及操作与数据之间用横线分割。
返回类型和实例变量类型是可选的,因为我们并未假设一定要用具有静态类型的实现语言。对象通过实例化类来创建,此对象被称为该类的实例。当实例化类时,要给对象的内部数据(由实例变量组成)分配存储空间,并将操作与这些数据联系起来。对象的许多类似实例是由实例化同一个类来创建的。

4.针对接口编程,而不是针对实现编程

对接口编程,而不是对实现编程。

继承所拥有的定义 具有相同接口的对象族的能力是很重要的(通常可以从抽象类来继承)
因为 多态依赖于这种能力,当继承被恰当使用时,所有从抽象类导出的类将共享该抽象类的接口。 这意味着子类仅仅添加或重定义操作,而没有隐藏父类的操作。这时,所有的子类都能响应抽象类接口中的请求,从而 子类的类型都是抽象类的子类型,只根据抽象类中定义的接口来操纵对象有以下两个好处:
1)客户无须知道他们使用对象的特定类型,只须对象有客户所期望的接口
2)客户无须知道他们使用的对象是用什么类来实现的,他们只需知道定义接口的抽象类

5.运用复用机制

理解对象、接口、类和继承之类的概念对大多数人来说并不难,问题的关键在于如何运用它们写出灵活的、可复用的软件。

6.设计应支持变化

获得最大限度复用的关键在于对新需求和已有需求发生变化时的预见性,要求你的系统设计要能够相应地改进。

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