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前言

在备考软件设计师中级考试的过程中，我遇到了些许挑战，也收获了宝贵的经验。为了帮助其他同样正在为这门考试（证书）奋斗的朋友们，我决定将我的笔记整理出来，与大家分享。这些笔记不仅包含了书本上的知识，还加入了我对重点和难点的个人理解以及考试技巧，力求帮助大家更加高效地复习。我希望这份笔记能够成为你备考路上的一份支持，也祝愿你在考试中取得理想的成绩👍👍👍

如果有写的不好或者需要改进的地方，恳请在评论区指正！🤓🤓🤓

需要官方教材，可以私信，因为资源我怎么样都上传不了，总是中断。

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阅读前必看

前言废话可以不看，但这个内容一定要阅读！

由于这篇非常重要，因此单独拿出来做笔记！
23种设计模式在上午题中纯背多分！偶尔下午题也会出捡漏分！
每年必考：【本题考试频率高：意图，类型，结构，适用性】都需要背！

如果需要我画重点记忆笔记版，可以在评论区留言，多人需要我会单独再出一份设计模式笔记。

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第七章 面向对象技术（下）

7.3 设计模式（固定4分）

7.3.1 设计模式的要素

“每一个模式描述了一个在我们周国不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案的核心。这样，你就能一次又一次地使用该方案而不必做重复劳动”。设计模式的核心在于提供了相关问题的解决方案，使得人们可以更加简单方便地复用成功的设计和体系结构。
设计模式一般有以下4 个基本要素。

1. 模式名称
2. 问题
3. 解决方案
4. 效果

设计模式确定了所包含的类和实例，它们的角色、协作方式以及职责分配。每一个设计模式都集中于一个特定的面向对象设计问题或设计要点，描述了什么时候使用它，在另一些设计约束条件下是否还能使用，以及使用的效果和如何取舍。按照设计模式的目的可以分为三大类，如表 7-1 所示。
创建型模式与对象的创建有关：结构型模式处理类或对象的组合；行为型模式对类或对象怎样交互和怎样分配职责进行描述。

图片需要背熟必考！！！一定要记得创建型里面有什么类，什么对象；结构性有什么；行为型有什么！

7.3.2 创建型设计模式

【本题考试频率高：意图，类型，结构，适用性】都需要背

创建型模式抽象了实例化过程，它们帮助一个系统独立于如何创建、组合和表示它的那些对象。一个类创建型棪式使用继承改变被实例化的类，而一个对象创建型棪式将实例化委托给另一个对象。

在这些模式中有两个不断出现的主旋律。

第一，它们都将关于该系统使用哪些具体的类的信息封装起来。
第二，它们隐藏了这些类的实例是如何被创建和放在一起的。整个系统关于这些对象所知道的是由抽象类所定义的接口。
因此，创建型模式在什么被创建，谁创建它，它是怎样被创建的，以及何时创建这些方面给予了很大的灵活性。它们允许用结构和功能差别很大的“产品”对象配置一个系统。配置可以是静态的（即在编译时指定)，也可以是动态的（在运行时)。

• 简单工厂模式
  • 简单工厂模式属于创建型模式，但不属于23种设计模式之一。
  • 定义：定义一个工厂类，他可以根据参数的不同返回不同类的实例，被创建的实例通常都具有共同的父类
  • 在简单工厂模式中用于被创建实例的方法通常为静态(static)方法，因此简单工厂模式又被成为静态工厂方法(Static Factory Method) 需要什么产品就传入产品对应的参数，就可以获取所需要的产品对象，而无需知道其实现过程。
    • 例如：有一家饺子店，当客户需要某种饺子时，饺子店生成对应的饺子给客户。这里就可以把饺子店看成工厂(Factory），饺子看成产品(Product）饺子的名称看成参数，饺子店根据不同的参数返回不同的饺子。
    • 比如：客户想要韭菜饺子，这里韭菜就是参数，饺子店会根据参数韭菜返回韭菜饺子（当然饺子店有ABC饺子的前提下）
  • 三类角色：
    • 工厂（核心）：负贵实现创建所有产品的内部逻辑，工厂类可以被外界直接调用，创建所需对象
    • 抽象产品：工厂类所创建的所有对象的父类，封装了产品对象的公共方法，所有的具体产品为其子类对象
    • 具体产品：简单工厂模式的创建目标，所有被创建的对象都是某个具体类的实例。它要实现抽象产品中声明的抽象方法

7.3.2.1 Abstract Factory（抽象工厂）

1. 意图
   提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无须指定它们具体的类。
2. 结构
   抽象工厂模式的结构如图7-25所示。
   

其中：

• AbstractFactory 声明一个创建抽象产品对象的操作接口。

• ConcreteFactory 实现创建具体产品对象的操作。

• AbstractProduet 为一类产品对象声明一个接口。

• ConcreteProduct 定义一个将被相应的具体工厂创建的产品对象，实现
  接口。

• Clent 仅使用由 AbstractFactory 和 AbstractProduct 类声明的接口。

3. 适用性
   Abstract Faetory 模式适用于：

   • 一个系统要独立于它的产品的创建、组合和表示时。
   • 一个系统要由多个产品系列中的一个来配置时。
   • 当要强调一系列相关的产品对象的设计以便进行联合使用时。
   • 当提供一个产品类库，只想显示它们的接口而不是实现时。

习题：

1. 下列UML类图表示的是 （43） 设计模式。关于该设计模式的叙述中，错误的是（44） 。（2010年上半年）
   
   A. 工厂方法 B. 策略 C. 抽象工厂 D. 观察者
   （44） A. 提供创建一系列相关或相互依赖的对象的接口，而无需指定这些对象所属
   的具体类
   B. 可应用于一个系统要由多个产品系列中的一个来配置的时候
   C. 可应用于强调一系列相关产品对象的设计以便进行联合使用的时候
   D. 可应用于希望使用已经存在的类，但其接口不符合需求的时候

   

2. 为图形用户界面（GUI）组件定义不同平台的并行类层次结构，适合采用 （44） 模式。（2016年上半年）
   （44） A. 享元（Flyweight）
   B. 抽象工厂（Abstract Factory）
   C. 外观（Façade）
   D. 装饰器（Decorator）

   

7.3.2.2 Builder（生成器）

1. 意图
   将一个复杂对象的构件与它的表示分离，使得同样的构件过程可以创建不同的表示。

2. 结构
   

   其中：

   • Product（产品角色）：一个具体的产品对象
   • Builder（抽象建造者）：创建一个Product对象的各个部件指定的接口/抽象类。
   • ConcreteBuilder（具体建造者）：实现接口，构建和装配各个部件指定。
   • Director（指挥者）：构建一个使用Builder接口的对象。它主要是用于创建一个复杂的对象。它主要有两个作用，一是：隔离了客户与对象的生产过程，二是：负责控制产品对象的生产过程。
     【理解】建造者模式，又叫生成器模式，是一种对象构建模式。它可以将复杂对象的建造过程抽象出来（抽象类别），使这个抽象过程的不同实现方法可以构造不同表现（属性）的对象。
     构造者模式是一步一步创建一个复杂的对象，它允许用户只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们，用户不需要知道内部的具体构建细节。

3. 适用性

   • 当创建复杂对象的算法应该独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式时。
   • 当构造过程必须允许被构造的对象有不同的表示时。

7.3.2.3 Factory Method（工厂方法）

1. 意图
   定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。Factory Method 使一个类的实例化延迟到其子类。

2. 结构
   工厂方法模式的结构如图 7-27 所示。

其中：

• Product 定义工厂方法所创建的对象的接口。
• ConcreteProduct 实现 Produet 接口。
• Creator 声明工厂方法，该方法返回一个 Product 类型的对象。Creator 也可以定义一个工厂方法的默认实现，它返回一个默认ConcreteProduct 对象，可以调用工厂方法以创建一个 Product 对象。
• ConcreteCreator 重定义工厂方法以返回一个 ConcreteProduct 实例。

3. 适用性

Factory Method 模式适用于：

• 当一个类不知道它所必须创建的对象的类的时候。
• 当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候。
• 当类将创建对象的职责委托给多个帮助子类中的某一个，并且你希望将哪一个帮助子类是代理者这一信息局部化的时候。

习题：

1. （46） 模式将一个复杂对象的构建与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。以下 （47） 情况适合选用该模式。（2016年下半年）
   ①抽象复杂对象的构建步骤
   ②基于构建过程的具体实现构建复杂对象的不同表示
   ③一个类仅有一个实例
   ④一个类的实例只能有几个不同状态组合中的一种
   （46） A. 生成器（Builder）
   B. 工厂方法（Factory Method）
   C. 原型（Prototype）
   D. 单例（Singleton）
   （47） A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④

   

2. 某快餐厅主要制作并出售儿童套餐，一般包括主餐（各类比萨）、饮料和玩具，其餐品种类可能不同，但制作过程相同。前台服务员（Waiter）调度厨师制作套餐。欲开发一软件，实现该制作过程，设计如下所示类图。该设计采用 （44） 模式将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。其中， （45） 构造一个使用Builder接口的对象。该模式属于 （46） 模式，该模式适用于 （47） 的情况。（2020年下半年）
   
   （44） A. 生成器（Builder）
   B. 抽象工厂（Abstract Factory）
   C. 原型（Prototype）
   D. 工厂方法（Factory Method）
   （45） A. PizzaBuilder B. SpicyPizzaBuilder C. Waiter D. Pizza
   （46） A. 创建型对象 B. 结构型对象 C. 行为型对象 D. 结构型类
   （47） A. 当一个系统应该独立于它的产品创建、构成和表示时
   B. 当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候
   C. 当要强调一系列相关的产品对象的设计以便进行联合使用时
   D. 当构造过程必须允许被构造的对象有不同的表示时

   答案：A、C、A、D

7.3.2.4 Prototype（原型）

1. 意图
   用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。

2. 结构
   原型模式的结构如图 7-28 所示。
   

其中：

• Prototype 声明一个复制自身的接口。
• ConcretePrototype 实现一个复制自身的操作。
• Client 让一个原型复制自身从而创建一个新的对象。

3. 适用性
   Prototype 模式适用于：

• 当一个系统应该独立于它的产品创建、构成和表示时。
• 当要实例化的类是在运行时刻指定时，例如，通过动态装载。
• 为了避免创建一个与产品类层次平行的工厂类层次时。
• 当一个类的实例只能有几个不同状态组合中的一种时。建立相应数目的原型并克隆它们，可能比每次用合适的状态手工实例化该类更方便一些。

7.3.2.5 Singleton（单例）

1. 意图
   保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

2. 结构
   单例模式的结构如图 7-29 所示。
   

   其中：Singleton 指定一个 Instance 操作，允许客户访问它的唯一实例，Instance 是一个类操作；可能负责创建它自己的唯一实例。

3. 适用性
   Singleton 模式适用于：

   • 当类只能有一个实例而且客户可以从一个众所周知的访问点访问它时。
   • 当这个唯一实例应该是通过子类化可扩展的，并且客户无须更改代码就能使用一个扩展的实例时。

4. 创建型模式比较
   用于系统创建的那些对象的类对系统进行参数化有两种常用方法：生成创建对象的类的子类和对系统进行参数化的方法。前者对应于使用 Factory Method 模式，其主要缺点是仅为了改变产品类就可能需要创建一个新的子类。这种改变可能级联发生，例如，如果产品的创建者本身是一个工厂方法创建的，那么也必须重定义它的创建者。后者更多地依赖于对象的复合，定义一个对象负贵明确产品对象的类，并将它作为该系统的参数。这是 Abstract Factory、 Builder和 Prototype 模式的关键特征，都涉及创建一个新的负责创建产品对象的“工厂对象”。AbstractFactory 由这个工厂对象产生多个对象。Builder 由这个工厂对象使用一个相对复杂的协议，逐步创建一个复杂产品。Prototype 由该工厂对象通过复制原型对象来创建产品对象。在这种情况下，由于原型负责返回产品对象，所以工厂对象和原型是同一个对象。

习题：

1. 以下关于Singleton（单例）模式的描述中，正确的是 （46） 。（2011年上半年）
   （46） A. 它描述了只有一个方法的类的集合
   B. 它描述了只有一个属性的类的集合
   C. 它能够保证一个类的方法只能被一个唯一的类调用
   D. 它能够保证一个类只产生唯一的一个实例

   

2. 欲使类A的所有使用者都使用A的同一个实例，应 （47） 。（2012年下半年）
   （47） A. 将A标识为final
   B. 将A标识为abstract
   C. 将单例（Singleton）模式应用于A
   D. 将备忘（Memento）模式应用于A

   

7.3.2.6 创建型速记

7.3.3 结构型设计模式

7.3.3.1 Adapter（适配器）

1. 意图
   将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。Adapter 模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。

2. 结构
   类适配器使用多重继承对一个接口与另一个接口进行匹配，其结构如图 7-30 所示。对象适配器依赖于对象组合，其结构如图7-31 所示。
   

   其中：

   • Target 定义 Client 使用的与特定领域相关的接口。
   • Client 与符合 Target 接口的对象协同。
   • Adaptee 定义一个已经存在的接口，这个接口需要适配。
   • Adapter 对 Adaptee 的接口与 Target 接口进行适配。

3. 适用性
   Adapter模式适用于：
   ● 想使用一个已经存在的类，而它的接口不符合要求。
   ● 想创建一个可以复用的类，该类可以与其他不相关的类或不可预见的类(即那些接口可能不一定兼容的类)协同工作。
   ● (仅适用于对象Adapter)想使用一个已经存在的子类，但是不可能对每一个都进行子类化以匹配它们的接口。对象适配器可以适配它的父类接口。

• 习题：
  1. （47） 将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。（2011年上半年）
     （47） A. Adapter（适配器）模式
     B. Command（命令）模式
     C. Singleton（单例）模式
     D. Strategy（策略）模式

     

7.3.3.2 Bridge（桥接）

1. 意图
   将抽象部分与其实现部分分离，使它们都可以独立地变化。

2. 结构
   桥接模式的结构如图7-32所示。

   

   其中：

   • Abstraction定义抽象类的接口，维护一个指向 Implementor 类型对象的指针。
   • RefinedAbstraction 扩充由 Abstraction 定义的接口。
   • Implementor定义实现类的接口，该接口不一定要与 Abstraction 的接口完全一致：事实上这两个接口可以完全不同。一般来说，Implementor 接口仅提供基本操作，而Abstraction 定义了基于这些基本操作的较高层次的操作。
   • Coneretelmplementor 实现 Implementor 接口并定义它的具体实现。

3. 适用性
   Bridge 模式适用于：

   • 不希望在抽象和它的实现部分之间有一个固定的绑定关系。例如，这种情况可能是因为，在程序运行时刻实现部分应可以被选择或者切换。
   • 类的抽象以及它的实现都应该可以通过生成子类的方法加以扩充。这是 Bridge 模式使得开发者可以对不同的抽象接口和实现部分进行组合，并分别对它们进行扩充。
   • 对一个抽象的实现部分的修改应对客户不产生影响，即客户代码不必重新编译。
   • (C++）想对客户完全隐藏抽象的实现部分。
   • 有许多类要生成的类层次结构。
   • 想在多个对象间共享实现（可能使用引用计数)，但同时要求客户并不知道这一点。

• 习题：
  1. 假设现在要创建一个Web应用框架，基于此框架能创建不同的具体Web应用，比如博客，新闻网站和网上商店等；并可以为每个Web应用创建不同的主题样式，比如浅色或深色等。这一业务需求的类图设计适合采用 （44） 模式（如下图所示）。其中 （45） 是客户程序使用的主要接口，维护对主题类型的应用。此模式为 （46） ，提现的最主要的意图是 （47） 。（2018年上半年）
     
     （44） A. 观察者（Observer）
     B. 访问者（Visitor）
     C. 策略（Strategy）
     D. 桥接（Bridge）
     （45） A. WebApplication
     B. Blog
     C. Theme
     D. Light
     （46） A. 创建型对象模式
     B. 结构型对象模式
     C. 行为型类模式
     D. 行为型对象模式
     （47） A. 将抽象部分与其实现部分分离，使它们都可以独立地变化
     B. 动态地给一个对象添加一些额外的职责
     C. 为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问
     D. 将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口

     
     
     
     

7.3.3.3 Composite（组合）

1. 意图
   将对象组合成树型结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite 使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

2. 结构

   组合模式结构如图7-33所示。
   

   其中：

   • Component为组合中的对象声明接口：在适当情况下实现所有类共有接口的默认行为；声明一个接口用于访问和管理 Component 的子组件：（可选）在递归结构中定义一个接口，用于访问一个父组件，并在合适的情况下实现它。
   • Leaf 在组合中表示叶结点对象，叶结点没有子结点：在组合中定义图元对象的行为。
   • Composite定义有子组件的那些组件的行为；存储子组件在 Component 接口中实现与子组件有关的操作。
   • Client通过Component接口操纵组合组件的对象。

3. 适用性
   Composite 模式适用于：

   • 想表示对象的部分-整体层次结构。
   • 希望用户忽略组合对象与单个对象的不同,用户将统一地使用组合结构中的所有对象。

习题：
1. 下图所示为 （44） 设计模式，属于 （45） 设计模式，适用于 （46） 。（2015年上半年）

（44） A. 代理（Proxy）
B. 生成器（Builder）
C. 组合（Composite）
D. 观察者（Observer）
（45） A. 创建型 B. 结构型 C. 行为 D. 结构型和行为
（46） A. 表示对象的部分-整体层次结构时
B. 当一个对象必须通知其它对象，而它又不能假定其它对象是谁时
C. 当创建复杂对象的算法应该独立于该对象的组成部分及其装配方式时
D. 在需要比较通用和复杂的对象指针代替简单的指针时
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7.3.3.4 Decorator（装饰）

1. 意图
   动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能而言，Decorator 模式比生成子类更加灵活。

2. 结构
   装饰模式的结构如图 7-34 所示。
   

   其中：

   • Component 定义一个对象接口，可以给这些对象动态地添加职责。
   • ConcreteComponent 定义一个对象，可以给这个对象添加一些职责。
   • Decorator 维持一个指向 Component 对象的指针，并定义一个与 Component 接口一致的接口。
   • ConcreteDecorator 向组件添加职责。

3. 适用性
   Decorator 模式适用于：

   • 在不影响其他对象的情况下，以动态、透明的方式给单个对象添加职责。
   • 处理那些可以撤销的职责。
   • 当不能采用生成子类的方式进行扩充时。一种情况是，可能有大量独立的扩展，为支持每一种组合将产生大量的子类，使得子类数目呈爆炸性增长。另一种情况可能是，由于类定义被隐藏，或类定义不能用于生成子类。

7.3.3.5 Facade（外观）

1. 意图
   为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，Facade 模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。

2. 结构
   外观模式的结构如图7-35 所示。（外观模式图形记忆最特殊也最好记）
   

   其中：

   • Facade 知道哪些子系统类负责处理请求；将客户的请求代理给适当的子系统对象。
   • Subsystem classes 实现子系统的功能：处理有 Facade 对象指派的任务：没有 Facade 的任何相关信息，即没有指向 Facade 的指针。

3. 适用性
   Facade 模式适用于：

   • 要为一个复杂子系统提供一个简单接口时，子系统往往因为不断演化而变得越来越复杂。大多数模式使用时都会产生更多更小的类，这使得子系统更具有可重用性，也更容易对子系统进行定制，但也给那些不需要定制子系统的用户带来一些使用上的困难。Facade 可以提供一个简单的默认视图，这一视图对大多数用户来说已经足够，而那些需要更多的可定制性的用户可以越过 Facade层。
   • 客户程序与抽象类的实现部分之间存在着很大的依赖性。引入 Facade 将这个子系统与客户以及其他的子系统分离，可以提高子系统的独立性和可移植性。
   • 当需要构建一个层次结构的子系统时，使用 Facade 模式定义子系统中每层的入口点。如果子系统之间是相互依赖的，则可以让它们仅通过 Facade 进行通信，从而简化了它们之间的依赖关系。

习题：

1. 欲动态地给一个对象添加职责，宜采用 （43） 模式。（2011年下半年）
   （43） A. 适配器（Adapter）
   B. 桥接（Bridge）
   C. 组合（Composite）
   D. 装饰器（Decorator）
   

7.3.3.6 Flyweight（享元）

1. 意图
   运用共性技术有效地支持大量细粒度的对象。

2. 结构
   享元模式的结构如图7-36所示。
   

   其中：

   • Flyweight 描述一个接口，通过这个接口 Flyweight 可以接受并作用于外部状态。
   • ConcreteFlyweight 实现 Flyweight 接口，并为内部状态（如果有）增加存储空间。ConereteFlyweight 对象必须是可共享的。它所存储的状态必须是内部的，即它必须独立于 ConcreteFlyweight 对象的场景。
   • 并非所有的 Flyweight 子类都需要被共享。Flyweight 接口使共享成为可能，但它并不强制共享。在 Flyweight 对象结构的某些层次UnsharedConcreteFlyweight 对象通常将ConcreteFlyweight 对象作为子结点。
   • FlyweightFactory 创建并管理 Flyweight 对象：确保合理地共享 Flyweight，当用户请求一个 Flyweight 时，FlyweightFactory 对象提供一个己创建的实例或者在不存在时创建一个实例。
   • Client 维持一个对 Flyweight 的引用：计算或存储一个或多个 Flyweight 的外部状态。

3. 适用性
   Flyweight 模式适用于：

   • 一个应用程序使用了大量的对象。
   • 完全由于使用大量的对象，造成很大的存储开销。
   • 对象的大多数状态都可变为外部状态。
   • 如果删除对象的外部状态，那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象。
   • 应用程序不依赖于对象标识。由于 Flyweight 对象可以被共享，所以对于概念上明显有别的对象，标识测试将返回真值。

习题：

1. 因使用大量的对象而造成很大的存储开销时，适合采用 （47） 模式进行对象共享，以减少对象数量从而达到较少的内存占用并提升性能。（2016年上半年）
   （47） A. 组合（Composite）
   B. 享元（Flyweight）
   C. 迭代器（Iterator）
   D. 备忘（Memento）

   

7.3.3.7 Proxy（代理）【少】

(想要详细学习，大概在Spring视频有详细讲解)

1. 意图
   为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

2. 结构
   代理模式的结构如图7-37所示。
   

   其中：

   • Proxy 保存一个引用使得代理可以访问实体：提供一个与 Subject 的接口相同的接口，使代理可以用来代替实体：控制对实体的存取，并可能负责创建和删除它：其他功能依赖于代理的类型：Remote Proxy 负责对请求及其参数进行编码，并向不同地址空间中的实体发送已编码的请求：Virtual Proxy 可以缓存实体的附加信息，以便延迟对它的访问：Protection Proxy 检查调用者是否具有实现一个请求所必需的访问权限。

   • Subject 定义 RealSubject 和 Proxy 的共用接口，这样就在任何使用 RealSubject 的地方都可以使用 Proxy。

   • RealSubject 定义 Proxy 所代表的实体。

3. 适用性
   Proxy 模式适用于在需要比较通用和复杂的对象指针代替简单的指针的时候，常见情况有：

   • 远程代理（Remote Proxy）为一个对象在不同地址空间提供局部代表。
   • 虚代理（Virtual Proxy）根据需要创建开销很大的对象。
   • 保护代理（Protection Proxy）控制对原始对象的访问，用于对象应该有不同的访问权限的时候。
   • 智能引用（Smart Reference）取代了简单的指针，它在访问对象时执行一些附加操作。典型用途包括：对指向实际对象的引用计数，这样当该对象没有引用时，可以被自动释放；当第一次引用一个持久对象时，将它装入内存：在访问一个实际对象前，检查是否己经锁定了它，以确保其他对象不能改变它。

习题：

1. （44） 模式通过提供与对象相同的接口来控制对这个对象的访问。（2011年下半年）
   （44） A. 适配器（Adapter）
   B. 代理（Proxy）
   C. 组合（Composite）
   D. 装饰器（Decorator）

结构型模式速记

7.3.4 行为设计模式

7.3.3.4.1. Chain of Responsibility（责任链）

1. 意图
   使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。

2. 结构
   责任链模式的结构图如图7-38 所示。
   

   其中：

   • Handler 定义一个处理请求的接口：（可选）实现后继链。
   • ConcreteHandler 处理它所负责的请求：可访问它的后继者：如果可处理该请求，就处理它，否则将该请求转发给后继者。
   • Client 向链上的具体处理者(ConcreteHandler）对象提交请求。

3. 适用性
   Chain of Responsibility 模式适用于以下条件：

   • 有多个的对象可以处理一个请求，哪个对象处理该请求运行时刻自动确定。
   • 想在不明确指定接收者的情况下向多个对象中的一个提交一个请求。
   • 可处理一个请求的对象集合应被动态指定。

7.3.3.4.2 Command（命令）

1. 意图
   将一个请求封装为一个对象，从而使得可以用不同的请求对顾客进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。

2. 结构
   命令模式的结构如图7-39所示。
   

   其中：

   • Command 声明执行操作的接口。
   • ConcreteCommand 将一个接收者对象绑定于一个动作；调用接收者相应的操作，以实现 Execute。
   • Client 创建一个具体命令对象并设定它的接收者。
   • Invoker 要求该命令执行这个请求。
   • Receiver 知道如何实施与执行一个请求相关的操作。任何类都可能作为一个接收者。

3. 适用性
   Command 模式适用于：

   • 抽象出待执行的动作以参数化某对象。Command 模式是过程语言中的回调(Callback)机制的一个面向对象的替代品。
   • 在不同的时刻指定、排列和执行请求。一个 Command 对象可以有一个与初始请求无关的生存期。如果一个请求的接收者可用一种与地址空间无关的方式表达，那么就可以将负责该请求的命令对象传递给另一个不同的进程并在那儿实现该请求。
   • 支持取消操作。Command 的 Execute 操作可在实施操作前将状态存储起来，在取消操作时这个状态用来消除该操作的影响。Command 接口必须添加一个 Unexecute 操作，该操作取消上一次 Execute 调用的效果。执行的命令被存储在一个历史列表中。可通过向后和向前遍历这一列表并分别调用 Unexecute 和 Execute 来实现重数不限的“取消”和“重做”。
   • 支持修改日志。这样当系统崩溃时，这些修改可以被重做一通。在 Command 接口中添加裝载操作和存储操作，可以用来保持变动的一个一致的修改日志。从前溃中恢复的过程包括从磁盘中重新读入记录下来的命令并用 Execute 操作重新执行它们。
   • 用构建在原语操作上的高层操作构造一个系统。这样一种结构在支持事务(Transaction） 的信息系统中很常见。Command 模式提供了对事务进行建模的方法。Command 有一个公共接口，使得可以用同一种方式调用所有的事务，同时使用该模式也易于添加新事务以扩展系统。

• 习题：
• （45） 设计模式将一个请求封装为一个对象，从而使得可以用不同的请求对客户进行参数化，对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。（2016年上半年）
  （45） A. 命令（Command）
  B. 责任链（Chain of Responsibility）
  C. 观察者（Observer）
  D. 策略（Strategy）

  

7.3.3.4.3 Interpreter（解释器）

1. 意图
   给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表达式来解释语言中的语句。

2. 结构
   解释器模式的结构图如图7-40所示。
   =

   其中：

   • AbstractExpression 声明一个程序的解释操作，这个接口为抽象语法树中所有的结点所共享。
   • TerminalExpression 实现与文法中的终结符相关联的解释操作：一个句子中的每个终结符需要该类的一个实例。
   • NonterminalExpression 对文法中的每一条规则都需要一个 NonterminalExpression 类：为每个符号都维护一个 AbstractExpression 类型的实例变量：为文法中的非终结符实现解释（Interpret）操作。
   • Context 包含解释器之外的一些全局信息。
   • Client 构建（或被给定）表示该文法定义的语言中一个特定的句子的抽象语法树，该抽象语法树由 NonterminalExpression 和 TerminalExpression 的实例装配而成：调用解释操作。

3. 适用性
   Interpreter模式适用于当有一个语言需要解释执行,并且可将该语言中的句子表示为一个抽象语法树时，以下情况效果最好：

   • 该文法简单。对于复杂的发文，文法的炎层次变得庞大而无法管理。此时语法分析程序生成器这样的工具是更好的选择。它们无须构建抽象语法树即可解释表达式，这样可以节省空间还可能节省时间。
   • 效率不是一个关键问题。最高效的解释器通常不是通过直接解释语法分析树实现的，而是首先将它们转换成另一种形式。不过，即使在这种情况下，转换器仍然可用该模式实现。

7.3.3.4.4 Iterator（迭代器）

1. 意图
   提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，且不需要暴露该对象的内部表示。

2. 结构
   迭代器模式的结构图如图7-41所示。
   

     其中：
   

   • Iterator（迭代器）定义访问和遍历元素的接口。
   • Coneretelterator（具体迭代器）实现迭代器接口；对该聚合通历时跟踪当前位置。
   • Aggregate（聚合）定义创建相应迭代器对象的接口。
   • ConcreteA ggregate(具体聚合)实现创建相应迭代器的接口，该操作返回 Concretelterator的一个适当的实例。

3. 适用性
   Iterator 模式适用于：

   • 访问一个聚合对象的内容而无须暴露它的内部表示。
   • 支持对聚合对象的多种遍历。
   • 为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口。

7.3.3.4.5 Mediator（中介者）

1. 意图
   用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。

2. 结构
   中介者模式的结构图如图7-42 所示。
   

   • Mediator（中介者）定义一个接口用于各同事（Colleague）对象通信。
   • ConereteMediator（具体中介者）通过协调各同事对象实现协作行为：了解并维护它的各个同事。
   • Colleague class(同事类）知道它的中介者对象；每一个同事类对象在需要与其他同事通信的时候与它的中介者通信。

3. 适用性
   Mediator 模式适用于：

   • 一组对象以定义良好但是复杂的方式进行通信，产生的相互依赖关系结构混乱且难以理解。
   • 一个对象引用其他很多对象并且直接与这些对象通信，导致难以复用该对象。
   • 想定制一个分布在多个类中的行为，而又不想生成太多的子类。

习题：

1. 在某系统中，不同组（Group）访问数据的权限不同，每个用户（User）可以是一个或多个组中的成员，每个组包含零个或多个用户。现要求在用户和组之间设计映射，将用户和组之间的关系由映射进行维修，得到如下所示的类图。该设计采用 （44） 模式，用一个对象来封装一系列的对象交互；使用户对象和组对象不需要显式的相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间地交互。该模式属于 （45） ，该模式适用 （46） 。（2021年下半年）
   
   （44） A. 状态（State）
   B. 策略（Strategy）
   C. 解释器（Interpreter）
   D. 中介者（Mediator）
   （45） A. 创建型类
   B. 创建型对象
   C. 行为型对象
   D. 行为型类
   （46） A. 需要使用一个算法地不同变体
   B. 有一个语言需要解释执行，并且可将句子表示为一个抽象语法树
   C. 一个对象地行为决定于其状态且必须在运行时刻根据状态改变行为
   D. 一组对象以定义良好但是复杂的方式进行通信，产生的相互依赖关系结构
   混乱且难以理解。

   答案：D、C、D

7.3.3.4.6 Memento（备忘录）

1. 意图
   在不破坏封装性的前提下捕获一个对象的内部状态，并在对象之外保存这个状态。这样以后就可以将对象恢复到原先保存的状态。

2. 结构
   此模式的结构图如图7-43所示。
   

   其中：

   • Memento（备忘录）存储原发器对象的内部状态，原发器根据需要决定备忘录存储原发器的哪些内部状态；防止原发器以外的其他对象访问备忘录。
   • Originator（原发器）创建一个备忘录，用于记录当前时刻它的内部状态：使用备忘录恢复内部状态。
   • Caretaker（管理者）负责保存好备忘录：不能对备忘录的内容进行操作或检查。

3. 适用性
   Memento 模式适用于：

   • 必须保存一个对象在某一个时刻的（部分）状态，这样以后需要时它才能恢复到先前的状态。
   • 如果一个用接口来让其他对象直接得到这些状态，将会暴露对象的实现细节并破坏对象的封装性。

7.3.3.4.7 Observer（观察者）【出题高】

1. 意图
   定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。

2. 结构
   观察者模式的结构图如图7-44 所示。
   

   其中：

   • Subject（目标）知道它的观察者，可以有任意多个观察者观察同一个目标：提供注册和删除观家者对象的接口。
   • Observer（观察者）为那些在目标发生改变时需获得通知的对象定义一个更新接口。
   • ConcreteSubjeet (具体目标）将有关状态存入各 ConcreteObserver 对象：当它的状态发生改变时，向它的各个观察者发出通知。
   • ConcreteObserver（具体观察者）维护一个指向 ConcreteSubjeet 对象的引用；存储有关状态，这些状态应与目标的状态保持一致；实现 Observer 的更新接口，以使自身状态与目标的状态保持一致。

3. 适用性
   Observer 模式适用于：

   • 当一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一个方面，将这两者封装在独立的对象中以使它们可以各自独立地改变和复用。
   • 当对一个对象的改变需要同时改变其他对象，而不知道具体有多少对象有待改变时。
   • 当一个对象必须通知其他对象，而它又不能假定其他对象是谁，即不希望这些对象是紧耦合的。

习题：

1. 在发布-订阅（Publish-Subscribe）消息模型中，订阅者订阅一个主题后，当该主题有新消息到达时，所有订阅者都会收到通知。 （45） 设计模式最适合这一模型。（2013年下半年）
   （45） A. 适配器（Adapter）
   B. 通知（Notifier）
   C. 状态（State）
   D. 观察者（Observer）

   

2. （46） 设计模式最适合用于发布/订阅消息模型，即当订阅者注册一个主题后，此主题有新消息到来时订阅者就会收到通知。（2016年上半年）
   （46） A. 适配器（Adapter）
   B. 通知（Notifier）
   C. 观察者（Observer）
   D. 状态（State）

   

3. 下图所示为观察者（Observer）模式的抽象示意图，其中 （44） 知道其观察者，可以有任意多个观察者观察同一个目标;提供注册和删除观察者对象的接口。此模式体现的最主要的特征是 （45） 。（2017年上半年）
   
   （44） A. Subject
   B. Observer
   C. ConcreteSubject
   D. ConcreteObserver
   （45） A. 类应该对扩展开放，对修改关闭
   B. 使所要交互的对象尽量松耦合
   C. 组合优先于继承使用
   D. 仅与直接关联类交互

   

4. 观察者（Observer）模式适用于 （47） 。（2019年上半年）
   （47） A. 访问一个聚合对象的内容而无须暴露它的内部表示
   B. 减少多个对象或类之间的通信复杂性
   C. 将对象的状态恢复到先前的状态
   D. 一对多对象依赖关系，当一个对象修改后，依赖它的对象都自动得到通知

   

7.3.3.4.8 State（状态）【出题高】

1. 意图
   允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。

2. 结构
   状态模式的结构图如图7-45所示。
   

   其中：

   • Context（上下文）定义客户感兴趣的接口：维护一个 ConcreteState 子类的实例，这个实例定义当前状态。
   • State（状态）定义一个接口以封装与 Context 的一个特定状态相关的行为。
   • ConcreteState（具体状态子类）每个子类实现与 Context 的一个状态相关的行为。

3. 适用性
   State 模式适用于：

   • 一个对象的行为决定于它的状态，并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为。
   • 一个操作中含有庞大的多分支的条件语句，且这些分支依赖于该对象的状态。这个状态常用一个或多个枚举常量表示。通常，有多个操作包含这一相同的条件结构。State模式将每一个条件分支放入一个独立的类中。这使得开发者可以根据对象自身的情況将对象的状态作为一个对象，这一对象可以不依赖于其他对象独立变化。

习题：

1. 每种设计模式都有特定的意图。 （44） 模式使得一个对象在其内部状态改变时通过调用另一个类中的方法改变其行为，使这个对象看起来如同修改了它的类。下图是采用该模式的有关TCP连接的结构图实例。该模式的核心思想是引入抽象类 （45） 来表示TCP连接的状态，声明不同操作状态的公共接口，其子类实现与特定状态相关的行为。当一个 （46） 对象收到其他对象的请求时，它根据自身的当前状态做出不同的反应。（2012年下半年）
   
   （44） A. 适配器（Adapter）
   B. 命令（Command）
   C. 观察者（Visitor）
   D. 状态（State）
   （45） A. TCPConnection
   B. state
   C. TCPState
   D. TCPEstablished
   （46） A. TCPConnection
   B. state
   C. TCPState
   D. TCPEstablished

   

2. 自动售货机根据库存、存放货币量、找零能力、所选项目等不同，在货币存入并进行选择时具有如下行为：交付产品不找零；交付产品并找零；存入货币不足而不提供任何产品；库存不足而不提供任何产品。这一业务需求适合采用 （44） 模式设计实现，其类图如下图所示，其中 （45） 是客户程序使用的主要接口，可用状态来对其进行配置。此模式为 （46） ，体现的最主要的意图是 （47） 。（2017年下半年）
   
   （44） A. 观察者（Obeserver）
   B. 状态（State）
   C. 策略（Strategy）
   D. 访问者（Visitor）
   （45） A. VendingMachineState
   B. Buy
   C. VendingDepositState
   D. VendingStockState
   （46） A. 创建型对象模式
   B. 结构型对象模式
   C. 行为型类模式
   D. 行为型对象模式
   （47） A. 当一个对象状态改变时所有依赖它的对象得到通知并自动更新
   B. 在不破坏封装性的前提下，捕获对象的内部状态并在对象之外保存
   C. 一个对象在其内部状态改变时改变其行为
   D. 将请求封装为对象从而可以使用不同的请求对客户进行参数化

   B、B、D、C
   详细答案解析可以参考官方教材

7.3.3.4.9 Strategy（策略）【出题高】

1. 意图
   定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可以相互替换。此模式使得算法可以独立于使用它们的客户而变化。

2. 结构
   策略模式的结构图如图7-46所示。
   

   其中：

   • Strategy(策略）定义所有支持的算法的公共接口。Context 使用这个接口来调用某ConcreteStrategy 定义的算法。
   • ConcreteStrategy（具体策略）以 Strategy 接口实现某具体算法。
   • Context（上下文）用一个 ConereteStrategy 对象来配置：维护一个对 Strategy 对象的引用：可定义一个接口来让 Strategy 访问它的数据。

3. 适用性
   Strategy 模式适用于：

   • 许多相关的类仅仅是行为有异。“策略”提供了一种用多个行为中的一个行为来配置一个类的方法。
   • 需要使用一个算法的不同变体。例如，定义一些反映不同空间的空间/时间权衡的算法。当这些变体实现为一个算法的类层次时，可以使用策略模式。
   • 算法使用客户不应该知道的数据。可使用策略模式以避免暴露复杂的、与算法相关的数据结构。
   • 一个类定义了多种行为，并且这些行为在这个类的操作中以多个条件语句的形式出现，将相关的条件分支移入它们各自的 Strategy 类中，以代替这些条件语句。

习题：

1. （44） 设计模式定义一系列算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可相互替换。这一模式使得算法可独立于它的客户而变化。（2013年下半年）
   （44） A. 策略（Strategy）
   B. 抽象工厂（Abstract Factory）
   C. 观察者（Observer）
   D. 状态（State）

   

2. （44） 模式定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可以相互替换，使得算法可以独立于使用它们的客户而变化。以下 （45） 情况适合选用该模式。（2016年下半年）
   ①一个客户需要使用一组相关对象
   ②一个对象的改变需要改变其它对象
   ③需要使用一个算法的不同变体
   ④许多相关的类仅仅是行为有异
   （44） A. 命令（Command） B. 责任链（Chain of Responsibility）
   C. 观察者（Observer） D. 策略（Strategy）
   （45） A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④

   
   

3. 在设计某购物中心的收银软件系统时，要求能够支持在不同时期推出打折、返利、满减等不同促销活动，则适合采用 （47） 模式。（2021年下半年）
   （47） A. 策略（Strategy） B. 访问者（Visitor）
   C. 观察者（Observer） D. 中介者（Mediator）

   答案：A

7.3.3.4.10 Template Method（模板方法）

1. 意图
   定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中。Template Method使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

2. 结构
   模板方法模式的结构图如图7-47所示。
   

   其中：
   

   • AbstraerClass （抽象类）定义抽象的原语操作，具体的子类将重定义它们以实现一个算法的各步骤；实现模板方法，定一个算法的骨架，该模板方法不仅调用原语操作，也调用定义在 AbstractClass 或其他对象中的操作。
   • ConcreteClass（具体类）实现原语操作以完成算法中与特定子类相关的步骤。

3. 适用性
   Template Method 模式适用于：

   • 一次性实现一个算法的不变的部分，并将可变的行为留给子类来实现。
   • 各子类中公共的行为应被提取出来并集中到一个公共父类中，以避免代码重复。
   • 控制子类扩展。模板方法旨在特定点调用 “hook” 操作（默认的行为，子类可以在必要时进行重定义扩展)，这就只允许在这些点进行扩展。

7.3.3.4.11 Visitor（访问者）

1. 意图
   表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它允许在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。

2. 结构
   访问者模式的结构图如图 7-48 所示。
   

   其中：

   • ​ Visitor(访问者）为该对象结构中 ConereteElement 的每一个类声明一个 Visit 操作。该操作的名字和特征标识了发送 Vsitor 请求给该访问者的那个类，这使得访问者可以确定正被访问元素的具体的类。这样访问者就可以通过该元素的特定按口直按访问它。
   • Concrete Visitor（具体访问者）实现每个有 Visitor 声明的操作，每个操作实现本算法的一部分，而该算法片段乃是对应于结构中对象的类。ConcreteVisitor 为该算法提供了上下文并存储它的局部状态。这一状态常常在遍历该结构的过程中累积结果。
   • Element（元素）定义以一个访问者为参数的 Aecept 操作。
   • ConcreteElement（具体元素）实现以一个访问者为参数的 Accept 操作。
   • ObjectStructure（对象结构）能枚举它的元素；可以提供一个高层的接口以允许该访问者访问它的元素；可以是一个组合或者一个集合，如一个列表或一个无序集合。

3. 适用性
   Visitor 模式适用于：

   • 一个对象结构包含很多类对象，它们有不同的接口，而用户想对这些对象实施一些依赖于其具体类的操作。
   • 需要对一个对象结构中的对象进行很多不同的并且不相关的操作，而又想要避免这些操作“污染”这些对象的类。Visitor 使得用户可以将相关的操作集中起来定义在一个类中。当该对象结构被很多应用共享时，用 Visitor 模式让每个应用仅包含需要用到的操作。
   • 定义对象结构的类很少改变，但经常需要在此结构上定义新的操作。改变对象结构类需要重定义对所有访问者的接口，这可能需要很大的代价。如果对象结构类经常改变，那么可能还是在这些类中定义这些操作较好。

习题：
2. 某些设计模式会引入总是被用作参数的对象。例如 （47） 对象是一个多态accept方法的参数。（2015年上半年）
（47） A. Visitor B. Command C. Memento D. Observer

3. 假设现在要创建一个简单的超市销售系统，顾客将毛巾、饼干、酸奶等物品（Item）加入购物车（Shopping_Cart），在收银台（Checkout）人工（Manual）或自动（Auto）地将购物车中每个物品的价格汇总到总价格后结帐。这一业务需求的类图（方法略）设计如下图所示，采用了 （44） 模式。其中 （45） 定义以一个Checkout对象为参数的accept操作，由子类实现此accept操作。此模式为 （46） ，适用于 （47） 。（2018年下半年）
   
   （44） A. 观察者（Observer）
   B. 访问者（Visitor）
   C. 策略（Strategy）
   D. 桥接器（Bridge）
   （45） A. Item
   B. Shopping_Cart
   C. Checkout
   D. Manual和Auto
   （46） A. 创建型对象模式
   B. 结构型对象模式
   C. 行为型类模式
   D. 行为型对象模式
   （47） A. 必须保存一个对象在某一个时刻的（部分）状态
   B. 想在不明确指定接收者的情况下向多个对象中的一个提交一个请求
   C. 需要对一个对象结构中的对象进行很多不同的并且不相关的操作
   D. 在不同的时刻指定、排列和执行请求

   
   
   

行为型模式速记

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结语

这份笔记由我在备考软件设计师中级考试的过程中编写，包含了我对知识点的理解与总结。如果您觉得这份笔记对您有帮助，并希望分享给更多的人，我十分乐意。但请在转载时务必注明出处，以尊重作者的劳动成果，感谢您的理解与支持。

在此特别强调，本人编写笔记的所需部分资源均源于网络公开资源，旨在为大家提供一个学习和交流的内容，未经原作者授权，如若不慎侵犯您的合法权益，请您立即通过有效联系方式通知我，并附上相关证明材料。一旦核实无误，我将在第一时间删除涉事资源，全力保障您的合法权利不受损害。

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• 每篇一句：“没有白费的努力，也没有碰巧的成功。只要认真对待生活，终有一天，你的每一份努力，都将绚烂成花。”
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