设计模式的概念
在软件设计的过程中,总结出解决特定问题的解决方案,具有一定的普遍性,可以重复使用,本质是对面向对象设计原则的实际应用。 设计模式(Design pattern)代表了最佳的实践,通常被有经验的面向对象的软件开发人员所采用。设计模式是软件开发人员在软件开发过程中面临的一般问题的解决方案。这些解决方案是众多软件开发人员经过相当长的一段时间的试验和错误总结出来的。毫无疑问,设计模式于己于他人于系统都是多赢的,设计模式使代码编制真正工程化,设计模式是软件工程的基石,如同大厦的一块块砖石一样。项目中合理地运用设计模式可以完美地解决很多问题,每种模式在现实中都有相应的原理来与之对应,每种模式都描述了一个在我们周围不断重复发生的问题,以及该问题的核心解决方案,这也是设计模式能被广泛应用的原因。
- 设计模式不是一种方法和技术,而是一种思想。
- 设计模式和具体的语言无关,学习设计模式就是要建立面向对象的思想,尽可能的面向接口编程,低耦合,高内聚,使设计的程序可复用。
- 学习设计模式能够促进对面向对象思想的理解,反之亦然。他们相辅相成。
模式是什么
美国Christopher Alexander博士及其研究团队用了约20年的时间,对住宅和周边环境进行了大量的调查研究和资料收集工作,发现人们对舒适住宅和城市环境存在一些共同的认同规律,Christopher Alexander在著作A Pattern Language: Towns, Buildings, Construction中把这些认同规律归纳为253个模式,对每一个模式(Pattern)都从Context(前提条件)、Theme或Problem(目标问题)、 **Solution(解决方案)**三个方面进行了描述,并给出了从用户需求分析到建筑环境结构设计直至经典实例的过程模型。
在Christopher Alexander的另一部经典著作《建筑的永恒之道》中,他给出了关于模式的定义: 每个模式都描述了一个在我们的环境中不断出现的问题,然后描述了该问题的解决方案的核心,通过这种方式,我们可以无数次地重用那些已有的成功的解决方案,无须再重复相同的工作。这个定义可以简单地用一句话表示:
A pattern is a successful or efficient solution to a recurring problem within a context.
模式是在特定环境下人们解决某类重复出现问题的一套成功或有效的解决方案。
软件模式则是是在软件开发中某些可重现问题的一些有效解决方法,软件模式的基础结构主要由四部分构成,包括问题描述(待解决的问题是什么)、前提条件(在何种环境或约束条件下使用)、解法(如何解决)和效果(有哪些优缺点)。
什么是 GOF
1994 年,由 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides 四人合著出版了一本名为 Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software(中文译名:设计模式 - 可复用的面向对象软件元素) 的书,该书首次提到了软件开发中设计模式的概念。
四位作者合称 GOF(四人帮,全拼 Gang of Four)。他们所提出的设计模式主要是基于以下的面向对象设计原则。 在GoF 23种设计模式中包含5种创建型设计模式、7种结构型设计模式和11种行为型设计模式。
设计模式4个基本要素
- 模式名称(pattern name)一个助记名,它用一两个词来描述模式的问题、解决方案和效果。命名一个新的模式增加了我们的设计词汇。设计模式允许我们在较高的抽象层次上进行设计。基于一个模式词汇表,我们自己以及同事之间就可以讨论模式并在编写文档时使用它们。模式名可以帮助我们思考,便于我们与其他人交流设计思想及设计结果。找到恰当的模式名也是我们设计模式编目工作的难点之一。
- 问题(problem) 描述了应该在何时使用模式。它解释了设计问题和问题存在的前因后果,它可能描述了特定的设计问题,如怎样用对象表示算法等。也可能描述了导致不灵活设计的类或对象结构。有时候,问题部分会包括使用模式必须满足的一系列先决条件。
- 解决方案(solution) 描述了设计的组成成分,它们之间的相互关系及各自的职责和协作方式。因为模式就像一个模板,可应用于多种不同场合,所以解决方案并不描述一个特定而具体的设计或实现,而是提供设计问题的抽象描述和怎样用一个具有一般意义的元素组合(类或对象组合)来解决这个问题。
- 效果(consequences) 描述了模式应用的效果及使用模式应权衡的问题。尽管我们描述设计决策时,并不总提到模式效果,但它们对于评价设计选择和理解使用模式的代价及好处具有重要意义。软件效果大多关注对时间和空间的衡量,它们也表述了语言和实现问题。因为复用是面向对象设计的要素之一,所以模式效果包括它对系统的灵活性、扩充性或可移植性的影响,显式地列出这些效果对理解和评价这些模式很有帮助。
设计模式的六大原则
- 开闭原则(Open Close Principle) 开闭原则的意思是:对扩展开放,对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候,不能去修改原有的代码,实现一个热插拔的效果。简言之,是为了使程序的扩展性好,易于维护和升级。想要达到这样的效果,我们需要使用接口和抽象类,后面的具体设计中我们会提到这点。
- 里氏代换原则(Liskov Substitution Principle) 里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。里氏代换原则中说,任何基类可以出现的地方,子类一定可以出现。LSP 是继承复用的基石,只有当派生类可以替换掉基类,且软件单位的功能不受到影响时,基类才能真正被复用,而派生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对开闭原则的补充。实现开闭原则的关键步骤就是抽象化,而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现,所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。
- 依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle) 这个原则是开闭原则的基础,具体内容:针对接口编程,依赖于抽象而不依赖于具体。
- 接口隔离原则(Interface Segregation Principle) 这个原则的意思是:使用多个隔离的接口,比使用单个接口要好。它还有另外一个意思是:降低类之间的耦合度。由此可见,其实设计模式就是从大型软件架构出发、便于升级和维护的软件设计思想,它强调降低依赖,降低耦合。
- 迪米特法则,又称最少知道原则(Demeter Principle) 最少知道原则是指:一个实体应当尽量少地与其他实体之间发生相互作用,使得系统功能模块相对独立。
- 合成复用原则(Composite Reuse Principle) 合成复用原则是指:尽量使用合成/聚合的方式,而不是使用继承。
ABAP的未来
ABAP/4在第四代语言开始已经支持面向对象相关的代码设计。根据前人种的树,我们在后面的章节里面会讲到所有设计模式在ABAP中的应用。使用ABAP OO进行设计模式的实践和应用场景的介绍。