C++设计模式（第一周）

part 1 设计模式简介

　　课程目标

　　1.理解松耦合设计思想
　　2.掌握面向对象设计原则
　　3.掌握重构技法改善设计
　　4.掌握GOF 核心设计模式

　　什么是设计模式？

　　“每一个模式描述了一个在我们周围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”。——Christopher Alexander

　　从面向对象谈起

　　底层思维：向下，如何把握机器底层从微观理解对象构造

　　#语言构造
　　#编译转换
　　#内存模型
　　#运行时机制

　　抽象思维：向上，如何将我们的周围世界抽象为程序代码
　　#面向对象
　　#组件封装
　　#设计模式
　　#架构模式

　　封装、继承、多态是底层思维。

　　深入理解面向对象

　　向下：深入理解三大面向对象机制
　　#封装，隐藏内部实现
　　#继承，复用现有代码
　　#多态，改写对象行为

　　向上：深刻把握面向对象机制所带来的抽象意义，理解如何使用这些机制来表达现实世界，掌握什么是“好的面向对象设计”。

　　软件设计固有的复杂性

　　“建筑商从来不会去想给一栋已建好的100层高的楼房底下再新修一个小地下室——这样做花费极大而且注定要失败。然而令人惊奇的是，软件系统的用户在要求作出类似改变时却不会仔细考虑，而且他们认为这只是需要简单编程的事”。——Object-Oriented Analysis and Designwith Applications

　　软件设计复杂的根本原因

　　变化：客户需求的变化、技术平台的变化、开发团队的变化、市场环境的变化。

　　如何解决复杂性

　　#分解
　　人们面对复杂性有一个常见的做法：即分而治之，将大问题分解为多个小问题，将复杂问题分解为多个简单问题。

　　#抽象
　　更高层次来讲，人们处理复杂性有一个通用的技术，即抽象。由于不能掌握全部的复杂对象，我们选择忽视它的非本质细节，而去处理泛化和理想化了的对象模型。

　　软件设计的目标

　　什么是好的软件设计？软件设计的金科玉律：复用！

　　C++类继承方式中，private 和 protected 方式很少用到。

　　子类对象可以复制给父类对象，但会导致切割的发生。所以用指针（或者引用）的形式。比如

class Shape { };

class Rect: public Shape {
public:
    Rect(int x, int y):x(x), y(y) {}
    int x;
    int y;
};

int main() {
    vector<Shape> v;
    Rect r(, );
    v.push_back(r);
    cout << v[].x;
    return ;
}

　　编译器报错：class “Shape” 没有成员 x。

　　但是如果换成指针形式，代码如下：

class Shape { };

class Rect: public Shape {
public:
    Rect(int x, int y):x(x), y(y) {}
    int x;
    int y;
};

int main() {
    vector<Shape*> v;
    v.push_back(new Rect(, ));
    // 这里是不一样的地方
    Rect* p = (Rect*)v[];
    cout << p->x  ;
    return ;
}

　　用到了指针类型转换，但是对象本身没有被切割。

part 2 面向对象设计原则

　　面向对象设计，为什么？

　　#变化是复用的天敌！

　　面向对象设计最大的优势在于：抵御变化！

　　重新认识面向对象
　　#理解隔离变化
　　　　从宏观层面来看，面向对象的构建方式更能适应软件的变化，能将变化所带来的影响减为最小。
　　#各司其职
　　　　从微观层面来看，面向对象的方式更强调各个类的“责任”。
　　　　由于需求变化导致的新增类型不应该影响原来类型的实现——是所谓各负其责
　　#对象是什么？
　　　　从语言实现层面来看，对象封装了代码和数据。
　　　　从规格层面讲，对象是一系列可被使用的公共接口。
　　　　从概念层面讲，对象是某种拥有责任的抽象。

　　C++虚函数的调用模式了解以后，才能更好的掌握23种设计模式，单更应该回归八大设计原则。

　　八大设计原则比23种设计模式更重要！

　　1.依赖倒置原则（DIP）
　　　　高层模块(稳定)不应该依赖于低层模块(变化)，二者都应该依赖于抽象(稳定) 。
　　　　抽象(稳定)不应该依赖于实现细节(变化) ，实现细节应该依赖于抽象(稳定)。

　　2. 开放封闭原则（OCP）
　　　　对扩展开放，对更改封闭。
　　　　类模块应该是可扩展的，但是不可修改。

　　3. 单一职责原则（SRP）
　　　　一个类应该仅有一个引起它变化的原因。
　　　　变化的方向隐含着类的责任。

　　（如果一个类有太多的方法——78-80个——说明该类的职责不明确）

　　4. Liskov 替换原则（LSP）
　　　　子类必须能够替换它们的基类(IS-A)。
　　　　继承表达类型抽象。

　　5. 接口隔离原则（ISP）
　　　　不应该强迫客户程序依赖它们不用的方法。
　　　　接口应该小而完备。

　　6. 优先使用对象组合，而不是类继承
　　　　类继承通常为“白箱复用”，对象组合通常为“黑箱复用”。
　　　　继承在某种程度上破坏了封装性，子类父类耦合度高。
　　　　而对象组合则只要求被组合的对象具有良好定义的接口，耦合度低。

　　7. 封装变化点
　　　　使用封装来创建对象之间的分界层，让设计者可以在分界层的一侧进行修改，而不会对另一侧产生不良的影响，从而实现层次间的松耦合。

　　8. 针对接口编程，而不是针对实现编程
　　　　不将变量类型声明为某个特定的具体类，而是声明为某个接口。
　　　　客户程序无需获知对象的具体类型，只需要知道对象所具有的接口。
　　　　减少系统中各部分的依赖关系，从而实现“高内聚、松耦合”的类型设计方案。

　　将设计原则提升为设计经验

　　设计习语 Design Idioms
　　　　Design Idioms 描述与特定编程语言相关的低层模式，技巧，惯用法。
　　设计模式 Design Patterns
　　　　Design Patterns主要描述的是“类与相互通信的对象之间的组织关系，包括它们的角色、职责、协作方式等方面。
　　架构模式 Architectural Patterns
　　　　Architectural Patterns描述系统中与基本结构组织关系密切的高层模式，包括子系统划分，职责，以及如何组织它们之间关系的规则

part 3 设计模式

　　GOF-23 模式分类

　　1.从目的来看：

　　　　创建型（Creational）模式：将对象的部分创建工作延迟到子类或者其他对象，从而应对需求变化为对象创建时具体类型实现引来的冲击。

　　　　结构型（Structural）模式：通过类继承或者对象组合获得更灵活的结构，从而应对需求变化为对象的结构带来的冲击。

　　　　行为型（Behavioral）模式：通过类继承或者对象组合来划分类与对象间的职责，从而应对需求变化为多个交互的对象带来的冲击。

　　2.从范围来看：

　　　　类模式处理类与子类的静态关系。
　　　　对象模式处理对象间的动态关系。

　　从封装变化角度对模式分类

　　　　组件协作：Template Method、 Strategy、 Observer / Event

　　　　单一职责： Decorator、 Bridge

　　　　对象创建: Factory Method、 Abstract Factory、 Prototype、 Builder

　　　　对象性能： Singleton、 Flyweight

　　　　接口隔离: Facade、 Proxy、 Mediator、 Adapter

　　　　状态变化： Memento、 State

　　　　数据结构： Composite、 Iterator、 Chain of Resposibility

　　　　行为变化： Command、 Visitor

　　　　领域问题： Interpreter

　　重构获得模式 Refactoring to Patterns

　　#面向对象设计模式是“好的面向对象设计”，所谓“好的面向对象设计”指是那些可以满足 “应对变化，提高复用”的设计 。

　　#现代软件设计的特征是“需求的频繁变化”。设计模式的要点是“寻找变化点，然后在变化点处应用设计模式，从而来更好地应对需求的变化”.“什么时候、什么地点应用设计模式”比“理解设计模式结构本身”更为重要。

　　#设计模式的应用不宜先入为主，一上来就使用设计模式是对设计模式的最大误用。没有一步到位的设计模式。敏捷软件开发实践提倡的“Refactoring to Patterns”是目前普遍公认的最好的使用设计模式的方法。

　　重构关键技法

　　静态 -> 动态

　　早绑定 -> 晚绑定

　　继承 -> 组合

　　编译时依赖 -> 运行时依赖

　　紧耦合 -> 松耦合