当前位置：首页 > news >正文

【设计模式-2】23 种设计模式的分类和功能

news 来源：原创 2025/5/7 1:56:53

在软件工程领域，设计模式是解决常见设计问题的经典方案。1994 年，Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides（四人帮，GoF）在《设计模式：可复用面向对象软件的基础》一书中系统性地总结了 23 种设计模式。这些模式可以从两个维度进行分类：根据目的和根据作用范围。本文将详细探讨这两种分类方式，并逐一介绍每种模式的功能和应用场景。

1. 根据目的分类

根据设计模式的目的，GoF 将 23 种模式分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。

在这里插入图片描述

1.1 创建型模式（Creational Patterns）

目的：关注对象的创建过程，旨在将对象的创建与使用分离。
模式：
1. 单例模式（Singleton）
  - 功能：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。
  - 应用场景：数据库连接池、日志管理器。
2. 工厂方法模式（Factory Method）
  - 功能：定义一个创建对象的接口，由子类决定实例化哪个类。
  - 应用场景：框架中的对象创建，如 Spring 的 Bean 工厂。
3. 抽象工厂模式（Abstract Factory）
  - 功能：提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族。
  - 应用场景：跨平台 UI 组件库。
4. 建造者模式（Builder）
  - 功能：将复杂对象的构建与其表示分离。
  - 应用场景：构建复杂对象，如 HTML 文档。
5. 原型模式（Prototype）
  - 功能：通过复制现有对象来创建新对象。
  - 应用场景：游戏中的角色复制。

1.2 结构型模式（Structural Patterns）

目的：关注类和对象的组合，旨在形成更大的结构。
模式：
1. 适配器模式（Adapter）
  - 功能：将一个类的接口转换成客户端期望的另一个接口。
  - 应用场景：整合不兼容的接口。
2. 装饰器模式（Decorator）
  - 功能：动态地为对象添加额外的职责。
  - 应用场景：Java I/O 流。
3. 代理模式（Proxy）
  - 功能：为其他对象提供一个代理，以控制对其访问。
  - 应用场景：延迟加载、权限控制。
4. 组合模式（Composite）
  - 功能：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”关系。
  - 应用场景：文件系统、UI 组件树。
5. 桥接模式（Bridge）
  - 功能：将抽象部分与实现部分分离。
  - 应用场景：多维度变化的系统，如不同形状和颜色的图形。
6. 外观模式（Facade）
  - 功能：为子系统中的一组接口提供一个统一的接口。
  - 应用场景：简化复杂系统的调用。
7. 享元模式（Flyweight）
  - 功能：通过共享技术有效地支持大量细粒度对象。
  - 应用场景：文本编辑器中的字符对象。

1.3 行为型模式（Behavioral Patterns）

目的：关注对象之间的职责分配和通信方式。
模式：
1. 观察者模式（Observer）
  - 功能：定义对象间的一对多依赖关系。
  - 应用场景：事件驱动系统，如 GUI 框架中的事件监听。
2. 策略模式（Strategy）
  - 功能：定义一系列算法，使它们可以互相替换。
  - 应用场景：多种算法或策略的场景，如排序算法。
3. 命令模式（Command）
  - 功能：将请求封装为对象。
  - 应用场景：撤销操作、任务队列。
4. 状态模式（State）
  - 功能：允许对象在其内部状态改变时改变其行为。
  - 应用场景：状态机、游戏角色的行为变化。
5. 模板方法模式（Template Method）
  - 功能：定义一个算法的骨架，将某些步骤延迟到子类中实现。
  - 应用场景：框架中的钩子方法。
6. 迭代器模式（Iterator）
  - 功能：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素。
  - 应用场景：集合类的遍历。
7. 责任链模式（Chain of Responsibility）
  - 功能：将请求的发送者和接收者解耦。
  - 应用场景：审批流程、异常处理链。
8. 访问者模式（Visitor）
  - 功能：将算法与对象结构分离。
  - 应用场景：编译器中的语法树遍历。
9. 中介者模式（Mediator）
  - 功能：定义一个中介对象来封装一系列对象之间的交互。
  - 应用场景：聊天室、事件总线。
10. 备忘录模式（Memento）
  - 功能：捕获并外部化一个对象的内部状态。
  - 应用场景：撤销操作、游戏存档。
11. 解释器模式（Interpreter）
  - 功能：定义一个语言的文法，并定义一个解释器来解释该语言中的句子。
  - 应用场景：编译器、规则引擎。

2. 根据作用范围分类

根据设计模式的作用范围，GoF 将 23 种模式分为两大类：类模式和对象模式。

2.1 类模式（Class Patterns）

作用范围：关注类与子类之间的关系，主要通过继承实现。
模式：
- 工厂方法模式（Factory Method）
- 适配器模式（Adapter，类适配器）
- 模板方法模式（Template Method）
- 解释器模式（Interpreter）

2.2 对象模式（Object Patterns）

作用范围：关注对象之间的关系，主要通过组合实现。
模式：
- 单例模式（Singleton）
- 抽象工厂模式（Abstract Factory）
- 建造者模式（Builder）
- 原型模式（Prototype）
- 适配器模式（Adapter，对象适配器）
- 装饰器模式（Decorator）
- 代理模式（Proxy）
- 组合模式（Composite）
- 桥接模式（Bridge）
- 外观模式（Facade）
- 享元模式（Flyweight）
- 观察者模式（Observer）
- 策略模式（Strategy）
- 命令模式（Command）
- 状态模式（State）
- 迭代器模式（Iterator）
- 责任链模式（Chain of Responsibility）
- 访问者模式（Visitor）
- 中介者模式（Mediator）
- 备忘录模式（Memento）

表 1 介绍了这 23 种设计模式的分类：

范围目的	创建型模式	结构型模式	行为型模式
类模式	工厂方法	(类）适配器	模板方法、解释器
对象模式	单例原型抽象工厂建造者	代理 (对象）适配器桥接装饰外观享元组合	策略命令职责链状态观察者中介者迭代器访问者备忘录

总结

GoF 的 23 种设计模式从不同角度解决了软件设计中的常见问题。通过根据目的和根据作用范围两种分类方式，我们可以更清晰地理解这些模式的核心思想及其适用场景。无论是创建型、结构型还是行为型模式，亦或是类模式和对象模式，它们都为开发人员提供了强大的工具箱，帮助构建灵活、可维护和可扩展的软件系统。