重温设计模式之什么是设计模式？

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重温设计模式之什么是设计模式？

设计面向对象软件比较困难，而设计可复用的面向对象软件就更加困难。你必须找到相关的对象，以适当的粒度将它们归类，再定义类的接口和继承层次，建立对象之间的基本关系。你的设计应该对手头的问题有针对性，同时对将来的问题和需求也要有足够的通用性。你也希望避免重复设计或尽可能少做重复设计。有经验的面向对象设计者会告诉你，要一下子就得到复用性和灵活性好的设计，即使不是不可能的至少也是非常困难的。一个设计在最终完成之前经常要被复用好几次，而且每一次都有所修改。

有经验的面向对象设计者的确能做出良好的设计，而新手则面对众多选择无从下手，总是求助于以前使用过的非面向对象技术。新手需要花费较长时间领会良好的面向对象设计时怎么回事。有经验的设计者显然知道一些新手所不知道的东西，这又是什么呢？

内行的设计者知道：不是解决任何问题都要从头做起。他们更愿意复用以前使用过的解决方案。当找到一个好的解决方案时，他们会一遍又一遍地使用。这些经验是他们成为内行的部分原因。因此，你会在许多面向对象系统中看到类和相互通信的对象（communicating object）的重复模式。这些模式解决特定的设计问题，使面向对象设计更灵活、优雅，最终复用性更好。它们帮助设计者将新的设计建立在以往工作的基础上，复用以往成功的设计方案。一个熟悉这些模式的设计者不需要再去发现它们，而能够立即将它们应用于设计问题中。

我们都知道设计经验的重要价值。你曾经多少次有过这种感觉——你已经解决过一个问题但就是不能确切地知道是在什么地方或怎么解决的？如何能记起以前问题的细节和怎么解决它的，你就可以复用以前的经验而不需要重新解决它。然而，我们并没有很好记录下可供他人使用的软件设计经验。

将面向对象设计经验作为设计模式记录下来。每一个设计模式系统的命名、解释和评价了面向对象系统中一个重要的和重复出现的设计。我们的目标是将设计经验以人们能够有效利用的形式记录下来。

设计模式使人们可以更加简单方便地复用成功的设计和体系结构。将已证实的技术表述成设计模式也会使新系统开发者更加容易理解其设计思路。设计模式帮助你做出有利于系统复用的选择，避免设计损害系统复用性。通过提供一个显式类和对象作用关系以及它们之间潜在联系的说明规范，设计模式甚至能够提高已有系统的文档管理和系统维护的有效性。简而言之，设计模式可以帮助设计者更快、更好的完成系统设计。

Christopher Alexander 说过：“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”。尽管 Alexander 所指的是城市和建筑模式，但他的思想同样适用于面向对象设计模式，只是在面向对象的解决方案里，我们用对象和接口代替了墙壁和门窗。两类模式的核心都在于提供了相关问题的解决方案。

一般而言，一个模式有四个基本要素：

模式名（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）描述了设计的组成部分、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（consequence）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。

出发点的不同会产生对什么是模式和什么不是模式的理解不同。一个人的模式对另一个人来说可能只是基本构造部件。这里我们将在一定的抽象层次上讨论模式。我们并不描述链表和 hash 表那样的设计，尽管它们可以用类来封装，也可复用；也不包括那些复杂的、特定领域内的对整个应用或子系统的设计。这里的设计模式是对用来在特定场景下解决一般设计问题的类或相互通信的对象的描述。

设计模式命名、抽象和确定了一个通用设计结构的主要方面，这些设计结构能被用来构造可复用的面向对象设计。设计模式确定了所包含的类和实力，它们的角色、协作方式以及职责分配。每一个设计模式都集中于一个特定的面向对象设计问题或设计要点，描述了什么时候使用它，在另一些设计约束条件下是否还能使用，以及使用的效果和如何取舍。既然我们最终要实现设计，设计模式还提供了 C++ 和 Smalltalk 示例代码来阐明其实现。

虽然设计模式描述的是面向对象设计，但它们都基于实际的解决方案，这些方案的实现语言是 Smalltalk 和 C++ 等主流面向对象编程语言，而不是过程式语言（Pascal、C、Ada）或更具动态特性的面向对象语言（CLOS、Dylan、Self）。我们从实用角度出发选择了 Smalltalk 和 C++ ，因为在这些语言的使用上我们积累了许多经验，况且它们也变得越来越流行。

程序设计语言的选择非常重要，它将影响人们理解问题的出发点。我们的设计模式采用了 Smalltalk 和 C++ 的语言特性，这个选择实际上决定了哪些机制可以方便地实现，而哪些则不能。若我们采用过程式语言，可能就要包括诸如 “继承” “封装” 和 “多态” 的设计模式。相应地，一些特殊的面向对象语言可以直接支持我们的某些模式，例如：CLOS 支持多方法（multi-method）概念，这就减少了 Visitor 模式的必要性。事实上，Smalltalk 和 C++ 已有足够的差别来说明对某些模式一种语言比另一种语言表述起来更容易一些。