软件设计模式分类与总结

设计模式是软件工程中用于解决特定问题的一套最佳实践和解决方案。以下是设计模式的三大分类及其描述：

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1. 创建型模式（Creational Patterns）

创建型模式关注对象的实例化过程，旨在使系统独立于对象的创建方式。

• 单例模式（Singleton）
  确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
  场景: 数据库连接、配置管理等。

• 工厂方法模式（Factory Method）
  定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。
  场景: 日志记录器、数据访问层。

• 抽象工厂模式（Abstract Factory）
  提供一个接口，用于创建一系列相关或依赖的对象，而无需指定具体的类。
  场景: GUI组件库跨平台设计。

• 建造者模式（Builder）
  将复杂对象的构建过程与表示分离，同样的构建过程可创建不同表示。
  场景: 文档生成器、复杂产品的初始化。

• 原型模式（Prototype）
  通过拷贝现有实例创建新实例，而非从零构建。
  场景: 性能优化、需要大量类似对象。

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2. 结构型模式（Structural Patterns）

结构型模式关注类和对象的组合，确保更高效的结构。

• 适配器模式（Adapter）
  解决接口不兼容问题，使原本不能一起工作的对象协同工作。
  场景: 新旧系统兼容、API适配。

• 装饰器模式（Decorator）
  动态为对象添加新职责，比继承更灵活。
  场景: 图形界面增强功能、文本流过滤。

• 代理模式（Proxy）
  提供对象的替身以控制访问权限。
  场景: 远程代理、虚拟代理、安全代理。

• 外观模式（Facade）
  提供一个统一接口，简化子系统的复杂操作。
  场景: 第三方库封装、复杂模块调用。

• 桥接模式（Bridge）
  将抽象与实现分离，使两者可独立扩展。
  场景: 图形渲染、设备适配。

• 组合模式（Composite）
  组合对象为树形结构，表示“部分-整体”层次关系。
  场景: 文件系统、GUI组件树。

• 享元模式（Flyweight）
  通过共享减少内存开销，支持大量细粒度对象。
  场景: 文本编辑器字符复用、缓存管理。

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3. 行为型模式（Behavioral Patterns）

行为型模式关注对象间的职责分配和协作。

• 策略模式（Strategy）
  定义一系列算法，可相互替换，封装变化。
  场景: 数据排序、支付方式选择。

• 模板方法模式（Template Method）
  定义算法骨架，将具体步骤延迟到子类实现。
  场景: 数据处理流程、游戏规则。

• 观察者模式（Observer）
  一对多依赖关系，当一个对象状态改变时通知依赖者。
  场景: 事件监听、推送服务。

• 迭代器模式（Iterator）
  顺序访问聚合对象的元素，隐藏内部实现。
  场景: 集合遍历、文件处理。

• 责任链模式（Chain of Responsibility）
  请求沿链传递，链上的对象决定处理或传递。
  场景: 日志系统、审批流程。

• 命令模式（Command）
  将请求封装为对象，实现请求参数化和撤销操作。
  场景: 任务队列、事务管理。

• 备忘录模式（Memento）
  捕获对象内部状态并在外部保存，支持状态回滚。
  场景: 游戏存档、撤销功能。

• 状态模式（State）
  对象在状态变化时改变行为。
  场景: 流程控制、文档状态管理。

• 访问者模式（Visitor）
  在不改变数据结构的前提下定义新操作。
  场景: 编译器语法树、报表生成。

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补充：模式使用的关键原则

1. 单一职责原则（SRP）
   一个类只负责一项职责。

2. 开放封闭原则（OCP）
   软件实体应对扩展开放，对修改关闭。

3. 里氏替换原则（LSP）
   子类应可替代基类而不影响程序功能。

4. 依赖倒置原则（DIP）
   高层模块不依赖低层模块，二者依赖抽象。

5. 接口隔离原则（ISP）
   客户端不应被强迫依赖不使用的接口。

这些设计模式和原则结合使用，可以帮助开发者实现高效、灵活、可扩展的软件设计。