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設(shè)計模式（Design Pattern）是一種面向?qū)ο缶幊痰乃枷?#xff0c;分為創(chuàng)建型模式、結(jié)構(gòu)型模式與行為型模式三大類，它們提供了在特定上下文中解決常見任務(wù)的通用方案，旨在讓程序（軟件）具有更好的特點，如降低耦合性、提高內(nèi)聚性、增強可維護性、可擴展性、重用性和靈活性等。設(shè)計模式主要分為以下三種類型：
創(chuàng)建型模式：主要用于創(chuàng)建對象，提供靈活的方式來創(chuàng)建對象，將對象的創(chuàng)建與使用分離，提供了更高的靈活性和可維護性。常見的創(chuàng)建型模式包括簡單工廠模式、工廠方法模式、抽象工廠模式、建造者模式、原型模式、單例模式等。
結(jié)構(gòu)型模式：主要用于解決對象之間組合關(guān)系、接口定義和實現(xiàn)等結(jié)構(gòu)性問題。結(jié)構(gòu)型模式關(guān)注對象之間的組合和關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及如何通過這些關(guān)系來構(gòu)建更大的結(jié)構(gòu)。常見的結(jié)構(gòu)型模式包括外觀模式、適配器模式、代理模式、裝飾模式、橋接模式、組合模式、享元模式等。
行為型模式：主要用于描述程序在運行時復(fù)雜的流程控制，即描述多個類或?qū)ο笾g怎樣相互協(xié)作共同完成單個對象都無法單獨完成的任務(wù)。行為型模式關(guān)注對象之間的通信和交互方式，以及如何有效地管理和組織對象的行為。常見的行為型模式包括模板方法模式、觀察者模式、狀態(tài)模式、策略模式、職責(zé)鏈模式、命令模式、訪問者模式、調(diào)停者模式、備忘錄模式、迭代器模式、解釋器模式等。
一、創(chuàng)建型模式（Creational Patterns）
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單例模式（Singleton Pattern）
- 定義：確保一個類只有一個實例，并提供一個全局訪問點。
- 應(yīng)用場景：配置管理器、連接池管理、日志記錄器等。
- 優(yōu)點：保證全局只有一個實例，節(jié)省內(nèi)存；提供全局訪問點，方便管理。
- 缺點：如果實例化過程復(fù)雜，可能會導(dǎo)致性能問題；難以并行化。
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工廠模式（Factory Pattern）
- 定義：一種創(chuàng)建對象的模式，將對象的創(chuàng)建過程封裝起來，使代碼更加靈活和可維護。
- 分類：
- 簡單工廠模式：一個工廠類根據(jù)輸入?yún)?shù)返回不同的產(chǎn)品實例。
- 工廠方法模式：定義一個創(chuàng)建對象的接口，讓子類決定實例化哪一個類。
- 抽象工廠模式：定義一個創(chuàng)建一系列相關(guān)或相互依賴對象的接口，而不必指定它們具體的類。
- 應(yīng)用場景：對象創(chuàng)建過程復(fù)雜、需要靈活地添加新的產(chǎn)品類、需要創(chuàng)建一系列相關(guān)或相互依賴的對象。
- 優(yōu)點：將對象的創(chuàng)建和使用分離，提高代碼的可維護性和可擴展性；可以靈活地添加新的產(chǎn)品類。
- 缺點：增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度；如果產(chǎn)品類層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實現(xiàn)起來比較困難。
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建造者模式（Builder Pattern）
- 定義：將一個復(fù)雜對象的構(gòu)建過程與其表示分離，使同樣的構(gòu)建過程可以創(chuàng)建不同的表示。
- 應(yīng)用場景：創(chuàng)建對象的構(gòu)建過程比較復(fù)雜，而且需要創(chuàng)建不同表示時。
- 優(yōu)點：使構(gòu)建過程更加清晰，易于理解和管理；可以創(chuàng)建復(fù)雜對象的不同表示。
- 缺點：增加了代碼量，需要定義多個類。
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原型模式（Prototype Pattern）
- 定義：通過復(fù)制原型對象的方式創(chuàng)建新對象，而無需知道其具體的實現(xiàn)細(xì)節(jié)。
- 應(yīng)用場景：對象的創(chuàng)建過程比較復(fù)雜或者對象的初始化過程需要耗費大量時間。
- 優(yōu)點：提高對象創(chuàng)建的性能；避免復(fù)雜對象的初始化過程。
- 缺點：需要維護一個原型對象集合，可能增加內(nèi)存開銷。
二、結(jié)構(gòu)型模式（Structural Patterns）
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適配器模式（Adapter Pattern）
- 定義：將一個類的接口轉(zhuǎn)換成客戶希望的另一個接口。
- 應(yīng)用場景：需要使用一個已經(jīng)存在的類，但其接口與系統(tǒng)中的其他接口不匹配時。
- 優(yōu)點：使原本接口不兼容的類可以一起工作；提高了代碼的復(fù)用性。
- 缺點：增加了代碼復(fù)雜性，需要創(chuàng)建適配器類。
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裝飾器模式（Decorator Pattern）
- 定義：動態(tài)地給一個對象添加一些額外的職責(zé)。
- 應(yīng)用場景：需要在不修改現(xiàn)有對象結(jié)構(gòu)的情況下，動態(tài)地給對象添加功能。
- 優(yōu)點：比生成子類方式更為靈活；可以動態(tài)地擴展對象的功能。
- 缺點：可能導(dǎo)致過多的裝飾器層級，增加代碼復(fù)雜性。
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代理模式（Proxy Pattern）
- 定義：為另一個對象提供一個替身或占位符以控制對這個對象的訪問。
- 應(yīng)用場景：需要實現(xiàn)對象的延遲初始化、控制對對象的訪問、實現(xiàn)日志記錄等功能。
- 優(yōu)點：控制對真實對象的訪問；提高代碼的安全性和靈活性。
- 缺點：增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度；如果代理對象過多，可能導(dǎo)致性能問題。
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外觀模式（Facade Pattern）
- 定義：提供了一個統(tǒng)一的接口，用來訪問子系統(tǒng)中的一群接口。
- 應(yīng)用場景：需要簡化復(fù)雜系統(tǒng)的接口并提供一個統(tǒng)一的入口點時。
- 優(yōu)點：隱藏了子系統(tǒng)的復(fù)雜性；提供了一個簡化的接口。
- 缺點：可能會違背單一職責(zé)原則，導(dǎo)致外觀對象過于龐大。
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橋接模式（Bridge Pattern）
- 定義：將抽象部分與實現(xiàn)部分分離，使它們可以獨立變化。
- 應(yīng)用場景：當(dāng)一個類存在多個維度的變化時，可以使用橋接模式來將這些維度進行分離。
- 優(yōu)點：提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。
- 缺點：增加了代碼復(fù)雜性，需要定義多個類。
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組合模式（Composite Pattern）
- 定義：將對象組合成樹形結(jié)構(gòu)以表示“部分-整體”的層次結(jié)構(gòu)。
- 應(yīng)用場景：需要表示對象的層次結(jié)構(gòu)，并且希望客戶統(tǒng)一處理單個對象和組合對象時。
- 優(yōu)點：客戶可以統(tǒng)一處理單個對象和組合對象；提高了代碼的復(fù)用性。
- 缺點：限制了組合對象的類型，可能導(dǎo)致設(shè)計過度。
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享元模式（Flyweight Pattern）
- 運用共享技術(shù)有效地支持大量細(xì)粒度的對象。
- 通過共享來減少對象的數(shù)量，從而提高性能。
三、行為型模式（Behavioral Patterns）
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策略模式（Strategy Pattern）
- 定義：定義了一系列的算法，并將每一個算法封裝起來，使它們可以互換。
- 應(yīng)用場景：需要根據(jù)不同的條件選擇不同的算法、算法需要經(jīng)常變化或擴展、需要將算法的實現(xiàn)細(xì)節(jié)隱藏起來。
- 優(yōu)點：算法和客戶端分離，提高了代碼的可維護性和可擴展性。
- 缺點：策略類的數(shù)量可能會增加，導(dǎo)致類的膨脹。
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觀察者模式（Observer Pattern）
- 定義：定義了對象之間的一對多依賴關(guān)系，當(dāng)一個對象狀態(tài)發(fā)生改變時，所有依賴于它的對象都會得到通知并自動更新。
- 應(yīng)用場景：事件監(jiān)聽機制、發(fā)布/訂閱系統(tǒng)、GUI組件之間的交互。
- 優(yōu)點：實現(xiàn)了主題和觀察者之間的解耦；提高了代碼的可維護性和可擴展性。
- 缺點：如果觀察者數(shù)量過多，可能會導(dǎo)致性能問題。
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命令模式（Command Pattern）
- 定義：將一個請求封裝為一個對象，從而使用戶可用不同的請求對客戶進行參數(shù)化。
- 應(yīng)用場景：需要實現(xiàn)命令的封裝和執(zhí)行、實現(xiàn)命令的隊列和撤銷功能。
- 優(yōu)點：實現(xiàn)了命令的封裝和執(zhí)行的分離；提高了代碼的可維護性和可擴展性。
- 缺點：可能會導(dǎo)致類的數(shù)量增加，使系統(tǒng)變得復(fù)雜。
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迭代器模式（Iterator Pattern）
- 定義：提供一種方法順序訪問一個聚合對象中的各個元素，而又不暴露其內(nèi)部的表示。
- 應(yīng)用場景：需要遍歷一個聚合對象，并且希望客戶端代碼與集合的具體實現(xiàn)解耦時。
- 優(yōu)點：支持以不同的方式遍歷聚合對象；提高了代碼的復(fù)用性和靈活性。
- 缺點：需要實現(xiàn)迭代器接口，增加了代碼復(fù)雜性。
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中介者模式（Mediator Pattern）
- 定義：用一個中介對象來封裝一系列的對象交互。
- 應(yīng)用場景：多個對象之間存在復(fù)雜的交互關(guān)系，并且希望通過一個中介者來管理這些交互關(guān)系時。
- 優(yōu)點：使對象之間的交互更加清晰和簡單；降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。
- 缺點：增加了代碼復(fù)雜性，中介者對象可能會變得龐大。
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模板方法模式（Template Method Pattern）
- 定義：在一個方法中定義一個算法的骨架，而將一些步驟延遲到子類中。
- 應(yīng)用場景：在父類中定義算法的框架，在子類中實現(xiàn)具體的步驟。
- 優(yōu)點：定義了一個算法的框架，提高了代碼的可復(fù)用性和可擴展性。
- 缺點：子類的擴展可能會影響算法的整體結(jié)構(gòu)。
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狀態(tài)模式（State Pattern）
- 定義：允許對象在內(nèi)部狀態(tài)改變時改變它的行為。
- 應(yīng)用場景：對象的行為隨其內(nèi)部狀態(tài)的變化而變化時。
- 優(yōu)點：將狀態(tài)相關(guān)的行為封裝在狀態(tài)類中；提高了代碼的可維護性和可讀性。
- 缺點：增加了類的數(shù)量；狀態(tài)類可能會變得復(fù)雜。
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責(zé)任鏈模式（Chain of Responsibility Pattern）
- 定義：使多個對象都有機會處理請求，從而避免了請求的發(fā)送者和接收者之間的耦合關(guān)系。
- 應(yīng)用場景：有多個對象可以處理同一個請求，并且處理器之間的順序可以靈活調(diào)整時。
- 優(yōu)點：降低了請求的發(fā)送者和接收者之間的耦合度；提高了系統(tǒng)的靈活性。
- 缺點：可能導(dǎo)致請求的處理鏈過長，難以調(diào)試和定位錯誤。
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訪問者模式（Visitor Pattern）
- 定義：將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和對數(shù)據(jù)的操作分離，使得可以在不改變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的前提下定義新的操作。
- 應(yīng)用場景：需要對一個復(fù)雜的對象結(jié)構(gòu)中的不同元素執(zhí)行不同的操作時。
- 優(yōu)點：增加了新的操作很容易，無需修改已有的類；提高了代碼的復(fù)用性和可擴展性。
- 缺點：需要在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中添加訪問者接受方法，增加了代碼復(fù)雜性。
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備忘錄模式（Memento Pattern）
- 定義：在不破壞封裝的前提下，捕獲并保存對象的內(nèi)部狀態(tài)，以便后續(xù)恢復(fù)。
- 應(yīng)用場景：需要保存和恢復(fù)對象的狀態(tài)時。
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解釋器模式（Interpreter Pattern）
- 給定一個語言，定義它的文法的一種表示，并定義一個解釋器，該解釋器使用該表示來解釋語言中的句子。
- 實現(xiàn)了特定語法規(guī)則的解釋和執(zhí)行。
綜上所述，設(shè)計模式涵蓋了創(chuàng)建型模式、結(jié)構(gòu)型模式和行為型模式三大類，共包括23種具體的設(shè)計模式。每種設(shè)計模式都有其特定的應(yīng)用場景和優(yōu)缺點，開發(fā)者可以根據(jù)實際需求選擇合適的設(shè)計模式來提高代碼的可復(fù)用性、靈活性和可擴展性。
