23种设计模式详解：创建型、结构型与行为模式的实例与UML图

在软件工程领域，设计模式是一种被广泛接受的最佳实践，它们提供了解决常见问题的可复用解决方案。本文档涵盖了23种经典设计模式，分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为模式。 1. **创建型模式** (5种)： - **抽象工厂** (AbstractFactory): 提供一个统一的接口来创建一系列相关或相互依赖的对象，如麦当劳和肯德基的例子，允许客户使用不同的产品系列而不必关心具体实现。 - **生成器模式** (Builder): 将复杂对象的构造过程和表示分离，如按需配置汽车的不同组件，保持构建逻辑独立于最终表示。 - **工厂方法** (FactoryMethod): 定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个具体类，支持灵活的产品族扩展。 - **原型模式** (Prototype): 使用共享实例来创建对象，节省资源并支持动态替换，例如克隆操作。 - **单例模式** (Singleton): 确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点，适用于资源管理或配置类。 2. **结构型模式** (7种)： - **适配器模式** (Adapter): 使一个类的接口匹配另一个接口，以方便重用已存在的类，如同翻译器帮助两个不兼容的语言进行交流。 - **桥接模式** (Bridge): 将抽象部分和实现部分解耦，使它们可以独立变化，如家具设计，可以更换材质而不影响功能。 - **组合模式** (Composite): 表现一个部分(叶子节点)或整体(组合节点)的行为，如文件系统中的目录和文件。 - **装饰者模式** (Decorator): 动态地给一个对象添加新的职责，如给文本添加样式或功能。 - **外观模式** (Facade): 避免客户端与复杂的子系统交互，提供简单的接口，如图书馆API隐藏底层操作复杂性。 - **享元模式** (Flyweight): 通过共享对象以减少内存消耗，适合大量细粒度对象的场景。 - **代理模式** (Proxy): 为其他对象提供一种代理以控制对原对象的访问，如访问控制或性能优化。 3. **行为模式** (11种)： - **职责链模式** (ChainofResponsibility): 处理请求通过一系列处理请求的对象，直到某个对象能处理为止。 - **命令模式** (Command): 将请求封装为对象，可以延迟或撤销请求，如操作历史记录。 - **解释器模式** (Interpreter): 解释一个表达式树，如数学表达式解析。 - **迭代器模式** (Iterator): 顺序访问聚合对象元素的统一接口，简化遍历过程。 - **中介者模式** (Mediator): 促进各对象间的通信，降低他们之间的耦合度。 - **备忘录模式** (Memento): 在对象状态改变时保存其状态，允许恢复到先前的状态。 - **观察者模式** (Observer): 当一个对象的状态发生改变时，通知其相关的依赖对象。 - **状态模式** (State): 模拟对象在其生命周期中的不同状态，根据状态改变行为。 - **策略模式** (Strategy): 定义一组算法，让它们之间可以互换，如游戏中的计分策略。 - **模板方法模式** (TemplateMethod): 定义算法的主要步骤，留给子类具体实现细节。 - **访问者模式** (Visitor): 使对象间的一对多关系变得可扩展，如XML文档遍历。 这些设计模式为软件开发提供了强大的工具，帮助开发者组织代码、提高代码质量和可维护性。理解和应用这些模式需要结合具体场景和编程语言，通过UML图可以帮助可视化和实现这些模式。学习和掌握这些模式，能够提升软件设计的艺术和效率。