设计模式之结构型模式

结构型模式包括适配器模式、桥接模式、装饰者模式、组合模式、外观模式、享元模式和代理模式。

适配器模式注重转换接口，将不吻合的接口适配对接
桥接模式注重分离接口与其实现，支持多维度变化
组合模式注重统一接口，将“一对多”的关系转化为“一对一”的关系
装饰者模式注重稳定接口，在此前提下为对象扩展功能
外观模式注重简化接口，简化组件系统与外部客户程序的依赖关系
享元模式注重保留接口，在内部使用共享技术优化对象存储
代理模式注重假借接口，增加间接层来实现灵活控制

结构型模式，顾名思义讨论的是类和对象的结构，主要用来将对象和类组装成较大的结构，并同时保持结构的灵活和高效。它包括两种类型:

类结构型模式：采用继承机制来组合接口或实现
对象结构型模式：通过组合对象的方式来实现新的功能

适配器模式

适配器模式意在转换接口，它能够使原本不能再一起工作的两个类一起工作，所以经常用来在类库的复用、代码迁移等方面。例如DataAdapter类就应用了适配器模式。

适配器不仅可以转换不同格式的数据，其还有助于采用不同接口的对象之间的合作。它的运作方式如下：

适配器实现与其中一个现有对象兼容的接口。
现有对象可以使用该接口安全地调用适配器方法。
适配器方法被调用后将以另一个对象兼容的格式和顺序将请求传递给该对象。

实现方法

确保至少有两个类的接口不兼容：
- 一个无法修改（通常是第三方、遗留系统或者存在众多已有依赖的类）的功能性服务类。
- 一个或多个将受益于使用服务类的客户端类。
声明客户端接口，描述客户端如何与服务交互。
创建遵循客户端接口的适配器类。所有方法暂时都为空。
在适配器类中添加一个成员变量用于保存对于服务对象的引用。通常情况下会通过构造函数对该成员变量进行初始化，但有时在调用其方法时将该变量传递给适配器会更方便。
依次实现适配器类客户端接口的所有方法。适配器会将实际工作委派给服务对象，自身只负责接口或数据格式的转换。
客户端必须通过客户端接口使用适配器。这样一来，你就可以在不影响客户端代码的情况下修改或扩展适配器。

适用场景

当你希望使用某个类，但是其接口与其他代码不兼容时，可以使用适配器类。
如果您需要复用这样一些类，他们处于同一个继承体系，并且他们又有了额外的一些共同的方法，但是这些共同的方法不是所有在这一继承体系中的子类所具有的共性。

桥接模式

桥接模式旨在将抽象化与实现化解耦，使得两者可以独立地变化。意思就是说，桥接模式把原来基类的实现化细节再进一步进行抽象，构造到一个实现化的结构中，然后再把原来的基类改造成一个抽象化的等级结构，这样就可以实现系统在多个维度的独立变化。简单说就是可以将一个大类或一系列紧密相关的类拆分为抽象和实现两个独立的层次结构，从而能在开发时分别使用。

实现方法

明确类中独立的维度。独立的概念可能是：抽象/平台，域/基础设施，前端/后端或接口/实现。
了解客户端的业务需求，并在抽象基类中定义它们。
确定在所有平台上都可执行的业务。并在通用实现接口中声明抽象部分所需的业务。
为你域内的所有平台创建实现类，但需确保它们遵循实现部分的接口。
在抽象类中添加指向实现类型的引用成员变量。抽象部分会将大部分工作委派给该成员变量所指向的实现对象。
如果你的高层逻辑有多个变体，则可通过扩展抽象基类为每个变体创建一个精确抽象。
客户端代码必须将实现对象传递给抽象部分的构造函数才能使其能够相互关联。此后，客户端只需与抽象对象进行交互，无需和实现对象打交道。

适用场景

如果你想要拆分或重组一个具有多重功能的庞杂类（例如能与多个数据库服务器进行交互的类），可以使用桥接模式。
如果你希望在几个独立维度上扩展一个类，可使用该模式。

组合模式

组合模式（亦称： 对象树）将对象组合成树形结构，用来表示整体与部分的关系，并且能像使用独立对象一样使用它们，使得客户端将单个对象和组合对象同等对待。

如 .NET 中 WinForm 下TextBox、Label等简单控件继承自Control类，同时GroupBox这样的组合控件也是继承于Control类。

实现方法

确保应用的核心模型能够以树状结构表示。尝试将其分解为简单元素和容器。记住，容器必须能够同时包含简单元素和其他容器。
声明组件接口及其一系列方法，这些方法对简单和复杂元素都有意义。
创建一个叶节点类表示简单元素。程序中可以有多个不同的叶节点类。
创建一个容器类表示复杂元素。在该类中，创建一个数组成员变量来存储对于其子元素的引用。该数组必须能够同时保存叶节点和容器，因此请确保将其声明为组合接口类型。

实现组件接口方法时，记住容器应该将大部分工作交给其子元素来完成。
最后，在容器中定义添加和删除子元素的方法。

记住，这些操作可在组件接口中声明。这将会违反接口隔离原则，因为叶节点类中的这些方法为空。但是，这可以让客户端无差别地访问所有元素，即使是组成树状结构的元素。

适用场景

如果你需要实现树状对象结构，可以使用组合模式。
如果你希望客户端代码以相同方式处理简单和复杂元素，可以使用该模式。

装饰模式

装饰模式（亦称： 包装模式）可以动态地给一个对象添加一些额外的功能，装饰者模式较继承生成子类的方式更加灵活。虽然装饰者模式能够动态地将职责附加到对象上，但它也会造成产生一些细小的对象，增加了系统的复杂度。

实现方法

确保业务逻辑可用一个基本组件及多个额外可选层次表示。
找出基本组件和可选层次的通用方法。创建一个组件接口并在其中声明这些方法。
创建一个具体组件类，并定义其基础行为。
创建装饰基类，使用一个成员变量存储指向被封装对象的引用。该成员变量必须被声明为组件接口类型，从而能在运行时连接具体组件和装饰。装饰基类必须将所有工作委派给被封装的对象。
确保所有类实现组件接口。
将装饰基类扩展为具体装饰。具体装饰必须在调用父类方法（总是委派给被封装对象）之前或之后执行自身的行为。
客户端代码负责创建装饰并将其组合成客户端所需的形式。

适用场景

如果你希望在无需修改代码的情况下即可使用对象，且希望在运行时为对象新增额外的行为，可以使用装饰模式。
如果用继承来扩展对象行为的方案难以实现或者根本不可行，你可以使用该模式。

外观模式

外观模式可以为包含许多活动部件的复杂子系统提供一个简单的接口。与直接调用子系统相比，外观提供的功能可能比较有限，但它却包含了客户端真正关心的功能。

如果你的程序需要与包含几十种功能的复杂库整合，但只需使用其中非常少的功能，那么使用外观模式会非常方便。

实现方法

考虑能否在现有子系统的基础上提供一个更简单的接口。如果该接口能让客户端代码独立于众多子系统类，那么你的方向就是正确的。
在一个新的外观类中声明并实现该接口。外观应将客户端代码的调用重定向到子系统中的相应对象处。如果客户端代码没有对子系统进行初始化，也没有对其后续生命周期进行管理，那么外观必须完成此类工作。
如果要充分发挥这一模式的优势，你必须确保所有客户端代码仅通过外观来与子系统进行交互。此后客户端代码将不会受到任何由子系统代码修改而造成的影响，比如子系统升级后，你只需修改外观中的代码即可。
如果外观变得过于臃肿，你可以考虑将其部分行为抽取为一个新的专用外观类。

适用场景

如果你需要一个指向复杂子系统的直接接口，且该接口的功能有限，则可以使用外观模式。
如果需要将子系统组织为多层结构，可以使用外观。

享元模式

享元模式是一种结构型设计模式，它摒弃了在每个对象中保存所有数据的方式，通过共享多个对象所共有的相同状态，让你能在有限的内存容量中载入更多对象。

在系统中，如何我们需要重复使用某个对象时，此时如果重复地使用new操作符来创建这个对象的话，这对系统资源是一个极大的浪费，既然每次使用的都是同一个对象，为什么不能对其共享呢？这也是享元模式出现的原因。

享元模式运用共享的技术有效地支持细粒度的对象，使其进行共享。在.NET类库中，String类的实现就使用了享元模式，String类采用字符串驻留池的来使字符串进行共享。

实现方法

将需要改写为享元的类成员变量拆分为两个部分：
- 内在状态：包含不变的、可在许多对象中重复使用的数据的成员变量。
- 外在状态：包含每个对象各自不同的情景数据的成员变量
保留类中表示内在状态的成员变量，并将其属性设置为不可修改。这些变量仅可在构造函数中获得初始数值。
找到所有使用外在状态成员变量的方法，为在方法中所用的每个成员变量新建一个参数，并使用该参数代替成员变量。
你可以有选择地创建工厂类来管理享元缓存池，它负责在新建享元时检查已有的享元。如果选择使用工厂，客户端就只能通过工厂来请求享元，它们需要将享元的内在状态作为参数传递给工厂。
客户端必须存储和计算外在状态（情景）的数值，因为只有这样才能调用享元对象的方法。为了使用方便，外在状态和引用享元的成员变量可以移动到单独的情景类中。

适用场景

仅在程序必须支持大量对象且没有足够的内存容量时使用享元模式。

代理模式

代理模式指的是你能够提供对象的替代品或其占位符。代理控制着对于原对象的访问，并允许在将请求提交给对象前后进行一些处理。

在系统开发中，有些对象由于网络或其他的障碍，以至于不能直接对其访问，此时可以通过一个代理对象来实现对目标对象的访问。如.NET中的调用Web服务等操作。

实现方法

如果没有现成的服务接口，你就需要创建一个接口来实现代理和服务对象的可交换性。从服务类中抽取接口并非总是可行的，因为你需要对服务的所有客户端进行修改，让它们使用接口。备选计划是将代理作为服务类的子类，这样代理就能继承服务的所有接口了。
创建代理类，其中必须包含一个存储指向服务的引用的成员变量。通常情况下，代理负责创建服务并对其整个生命周期进行管理。在一些特殊情况下，客户端会通过构造函数将服务传递给代理。
根据需求实现代理方法。在大部分情况下，代理在完成一些任务后应将工作委派给服务对象。
可以考虑新建一个构建方法来判断客户端可获取的是代理还是实际服务。你可以在代理类中创建一个简单的静态方法，也可以创建一个完整的工厂方法。
可以考虑为服务对象实现延迟初始化。

适用场景

延迟初始化（虚拟代理）。如果你有一个偶尔使用的重量级服务对象，一直保持该对象运行会消耗系统资源时，可使用代理模式。
访问控制（保护代理）。如果你只希望特定客户端使用服务对象，这里的对象可以是操作系统中非常重要的部分，而客户端则是各种已启动的程序（包括恶意程序），此时可使用代理模式。
本地执行远程服务（远程代理）。适用于服务对象位于远程服务器上的情形。
记录日志请求（日志记录代理）。适用于当你需要保存对于服务对象的请求历史记录时。代理可以在向服务传递请求前进行记录。
智能引用。可在没有客户端使用某个重量级对象时立即销毁该对象。

设计模式系列：

参考 - 深入设计模式