### 设计模式——可复用面向对象软件的基础 #### 知识点概览 1. **设计模式的概念与意义** 2. **设计模式在软件工程中的应用** 3. **常见设计模式分类及其特点** 4. **面向对象设计原则与设计模式的关系** #### 一、设计模式的概念与意义 设计模式是在特定情境下对问题解决方案的一种描述，它不仅描述了问题本身，还提供了该问题的上下文以及解决方案。设计模式通常包含以下三个部分： - **模式名称**：一个简短的、易于理解的名字。 - **问题**：在什么情况下适用该模式。 - **解决方案**：描述如何解决问题，并提供一种或多种实现方案。 设计模式的意义在于提供了一套标准的方法来解决常见的设计问题，提高了代码的复用性、可读性和可维护性。通过使用设计模式，开发者可以避免重复造轮子，减少开发过程中的错误，提高软件的整体质量。 #### 二、设计模式在软件工程中的应用 设计模式在软件工程中有着广泛的应用，特别是在面向对象编程中尤为重要。它可以用于以下几个方面： - **系统架构设计**：帮助设计人员更好地规划系统结构，提高系统的灵活性和扩展性。 - **模块划分**：指导模块之间的交互方式，确保模块间的松耦合。 - **代码复用**：通过封装好的设计模式，可以快速地复用已有的代码片段，提高开发效率。 - **文档编写**：设计模式的使用可以简化代码的解释，便于他人理解和维护。 #### 三、常见设计模式分类及其特点 设计模式大致可以分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。 1. **创建型模式**：关注于对象的创建机制，使系统更加灵活地选择合适的对象类型。常见的有工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式等。 - **工厂方法模式**：定义一个创建产品对象但不绑定具体类的接口，由子类决定实例化哪一个类。工厂方法让类的实例化推迟到子类。 - **单例模式**：确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。 2. **结构型模式**：涉及如何组合类或对象以获得更大的结构。常见的有适配器模式、桥接模式、装饰模式等。 - **适配器模式**：将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。适配器模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。 - **装饰模式**：动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能而言，装饰模式相比生成子类更为灵活。 3. **行为型模式**：关注于对象之间的职责分配。常见的有策略模式、命令模式、观察者模式等。 - **策略模式**：定义了一系列算法，并将每一个算法封装起来，使它们可以互相替换。策略模式让算法独立于使用它的客户而变化。 - **观察者模式**：定义了对象之间的一种一对多依赖关系，以便当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。 #### 四、面向对象设计原则与设计模式的关系 面向对象设计原则是面向对象设计的核心思想，它包括但不限于单一职责原则、开放封闭原则、里氏替换原则、迪米特法则等。这些原则与设计模式密切相关，设计模式实际上是遵循这些原则的具体实践之一。例如： - **单一职责原则**：一个类应该只负责一项职责。通过设计模式如代理模式、职责链模式等可以更好地实现这一原则。 - **开放封闭原则**：软件实体应该是可扩展的，但是不可修改的。通过使用工厂模式、策略模式等可以有效地支持此原则。 - **里氏替换原则**：子类必须能够替换它们的基类。在使用模板方法模式、策略模式时，特别需要注意保持接口的一致性，以满足这一原则。 设计模式作为一套经过验证的解决方案集合，在软件开发过程中扮演着重要的角色。了解并熟练掌握各种设计模式，对于提高软件的质量和开发效率具有重要意义。

书名: 设计模式可复用面向对象软件的基础 英文原书名: Design Patterns:Elements of Reusable Object-Oriented software 作者: Erich Gamma 等 译者: 李英军 马晓星 蔡敏 刘建中 书号: 7-111-07575-7 页码: 254 定价: ￥35.00 会员价: ￥31.50 币值: 315 出版日期: 2000-9-1 本书设计实例从面向对象的设计中精选出23个设计模式，总结了面向对象设计中最有价值的经验，并且用简洁可复用的形式表达出来。本书分类描述了一组设计良好，表达清楚的软件设计模式，这些模式在实用环境下有特别有用。 -------- 目 录 序言 前言 读者指南 第1章 引言 1 1.1 什么是设计模式 2 1.2 Smalltalk MVC中的设计模式 3 1.3 描述设计模式 4 1.4 设计模式的编目 5 1.5 组织编目 7 1.6 设计模式怎样解决设计问题 8 1.6.1 寻找合适的对象 8 1.6.2 决定对象的粒度 9 1.6.3 指定对象接口 9 1.6.4 描述对象的实现 10 1.6.5 运用复用机制 13 1.6.6 关联运行时刻和编译时刻的 结构 15 1.6.7 设计应支持变化 16 1.7 怎样选择设计模式 19 1.8 怎样使用设计模式 20 第2章 实例研究：设计一个文档编 辑器 22 2.1 设计问题 23 2.2 文档结构 23 2.2.1 递归组合 24 2.2.2 图元 25 2.2.3 组合模式 27 2.3 格式化 27 2.3.1 封装格式化算法 27 2.3.2 Compositor和Composition 27 2.3.3 策略模式 29 2.4 修饰用户界面 29 2.4.1 透明围栏 29 2.4.2 Monoglyph 30 2.4.3 Decorator 模式 32 2.5 支持多种视感标准 32 2.5.1 对象创建的抽象 32 2.5.2 工厂类和产品类 33 2.5.3 Abstract Factory模式 35 2.6 支持多种窗口系统 35 2.6.1 我们是否可以使用Abstract Factory 模式 35 2.6.2 封装实现依赖关系 35 2.6.3 Window和WindowImp 37 2.6.4 Bridge 模式 40 2.7 用户操作 40 2.7.1 封装一个请求 41 2.7.2 Command 类及其子类 41 2.7.3 撤消和重做 42 2.7.4 命令历史记录 42 2.7.5 Command 模式 44 2.8 拼写检查和断字处理 44 2.8.1 访问分散的信息 44 2.8.2 封装访问和遍历 45 2.8.3 Iterator类及其子类 46 2.8.4 Iterator模式 48 2.8.5 遍历和遍历过程中的动作 48 2.8.6 封装分析 48 2.8.7 Visitor 类及其子类 51 2.8.8 Visitor 模式 52 2.9 小结 53 第3章 创建型模式 54 3.1 Abstract Factory（抽象工厂）— 对象创建型模式 57 3.2 Builder（生成器）—对象创建型 模式 63 3.3 Factory Method（工厂方法）— 对象创建型模式 70 3.4 Prototype（原型）—对象创建型 模式 87 3.5 Singleton（单件）—对象创建型 模式 84 3.6 创建型模式的讨论 89 第4章 结构型模式 91 4.1 Adapter（适配器）—类对象结构型 模式 92 4.2 Bridge（桥接）—对象结构型 模式 100 4.3 Composite（组成）—对象结构型 模式 107 4.4 Decorator（装饰）—对象结构型 模式 115 4.5 FACADE（外观）—对象结构型 模式 121 4.6 Flyweight（享元）—对象结构型 模式 128 4.7 Proxy（代理）—对象结构型 模式 137 4.8 结构型模式的讨论 144 4.8.1 Adapter与Bridge 144 4.8.2 Composite、Decorator与Proxy 145 第5章 行为模式 147 5.1 CHAIN OF RESPONSIBIL ITY（职责链） —对象行为型模式 147 5.2 COMMAND（命令）—对象行为型 模式 154 5.3 INTERPRETER（解释器）—类行为型 模式 162 5.4 ITERATOR（迭代器）—对象行为型 模式 171 5.5 MEDIATOR（中介者）—对象行为型 模式 181 5.6 MEMENTO（备忘录）—对象行为型 模式 188 5.7 OBSERVER（观察者）—对象行为型 模式 194 5.8 STATE（状态）—对象行为型模式 201 5.9 STRATEGY（策略）—对象行为型 模式 208 5.10 TEMPLATE METHOD（模板方法） —类行为型模式 214 5.11 VISITOR（访问者）—对象行为型 模式 218 5.12 行为模式的讨论 228 5.12 1 封装变化 228 5.12.2 对象作为参数 228 5.12.3 通信应该被封装还是被分布 229 5.12.4 对发送者和接收者解耦 229 5.12.5 总结 231 第6章 结论 232 6.1 设计模式将带来什么 232 6.2 一套通用的设计词汇 232 6.3 书写文档和学习的辅助手段 232 6.4 现有方法的一种补充 233 6.5 重构的目标 233 6.6 本书简史 234 6.7 模式界 235 6.8 Alexander 的模式语言 235 6.9 软件中的模式 236 6.10 邀请参与 237 6.11 临别感想 237 附录A 词汇表 238 附录B 图示符号指南 241 附录C 基本类 244 参考文献 249

计算机前端和后端的开发工作是现代软件工程中不可或缺的两个部分。前端开发主要关注用户界面和用户体验，而后端开发则更多地关注服务器、应用程序和数据库之间的交互。在进行前端和后端开发时，数据库的管理是必不可少的一环，它负责存储和检索数据，以供前端和后端使用。 编程语言是计算机科学的基础，无论是前端还是后端开发，都需要掌握至少一种编程语言。常见的前端开发语言包括HTML、CSS和JavaScript。HTML用于构建网页的结构，CSS用于设计网页的样式，而JavaScript则负责网页的动态交互功能。后端开发中常用的编程语言有Java、Python、C#、PHP等，它们用于编写服务器端的应用程序逻辑和数据库管理。 数据结构是组织和存储数据的方式，它决定了数据如何被存储、检索和修改。在前端开发中，数据结构可能用于处理界面组件的状态，而在后端开发中，数据结构则对数据库的设计和优化至关重要。常见的数据结构包括数组、链表、栈、队列、树、图等。 算法是解决特定问题的一系列定义良好的指令集合。在前端开发中，算法可能被用于优化搜索功能或排序操作。后端开发中算法的应用更为广泛，包括数据库查询优化、网络通信协议处理、复杂业务逻辑的实现等。掌握算法对于提高软件的性能和效率至关重要。 设计模式是软件开发中重复使用的解决方案，它们总结了在特定上下文中解决特定问题的最佳实践。设计模式可以提高代码的可复用性、可维护性和系统的扩展性。前端开发中的设计模式包括MVC（模型-视图-控制器）、MVVM（模型-视图-视图模型）等，而后端开发中常见的设计模式有单例模式、工厂模式、策略模式等。 对于希望找到实习或工作的计算机专业学生和求职者来说，熟悉上述基础知识是基本要求。通过深入学习和理解这些知识点，不仅可以提高个人的技术能力，还能在面试中展现出对计算机科学的深刻理解，从而增加获得理想职位的机会。 此外，数据库的知识对于前端和后端开发者同样重要。前端开发者需要了解如何通过API与后端数据库交互，处理和展示数据；而后端开发者则需要精通数据库设计、优化和安全性等更为高级的技能。 随着互联网技术的快速发展，前端和后端技术也在不断更新和迭代。无论是对于初学者还是有经验的开发者，都需要不断学习和适应新技术，以保持自身的竞争力。

在软件开发领域，设计模式是一种经过时间和实践验证的解决方案，用于解决常见的编程问题。这些模式在不同的上下文中被广泛使用，以提高代码的可读性、可维护性和可复用性。吉林大学软件学院的软件设计模式作业题，无疑是为了让学生们深入理解和应用这些重要的编程概念。 设计模式分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。创建型模式关注对象的创建，如单例模式、工厂模式和抽象工厂模式。结构型模式关注如何将对象和类组合成更大的结构，例如适配器模式、装饰器模式和代理模式。行为型模式则关注对象之间的交互和责任分配，比如策略模式、观察者模式和职责链模式。 1. **单例模式**：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。在资源管理、缓存管理等场景中非常常见。 2. **工厂模式**：提供一个接口用于创建一系列相关或相互依赖的对象，而无需指定它们的具体类。这增加了系统的灵活性和扩展性。 3. **抽象工厂模式**：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们的具体类。适用于多个产品族的场景。 4. **适配器模式**：将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口。适配器使得原本不兼容的类可以协同工作。 5. **装饰器模式**：动态地给对象添加一些额外的职责，允许扩展对象的功能而不影响其其他对象。 6. **代理模式**：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问，可以实现远程代理、虚拟代理和保护代理等。 7. **策略模式**：定义一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以互相替换。策略模式让算法的变化独立于使用它的客户端。 8. **观察者模式**：定义了对象之间的一对多依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。 9. **职责链模式**：将请求沿着处理者链进行传递，直到某个处理者处理请求。避免请求发送者与接收者之间的耦合。 设计模式的学习不仅仅是记住每种模式的定义，更重要的是理解其背后的意图和适用场景。在吉林大学软件学院的软件设计模式作业中，学生可能会遇到实际的编程题目，要求他们识别问题并选择合适的设计模式来解决。这种实践将有助于学生将理论知识转化为实际技能，从而在未来的软件开发工作中游刃有余。通过分析和实现这些模式，学生们将能够更好地掌握面向对象设计的原则，如开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）、依赖倒置原则、单一职责原则等，这些原则是软件设计的基础。

在C++编程领域，Qt是一个广泛应用的开源框架，它提供了丰富的功能来构建桌面、移动以及嵌入式应用程序。设计模式是软件工程中的重要概念，它总结了在特定情境下解决问题的常见方法，使得代码更易读、易维护。本资料"**C++ Qt 设计模式源码**"正是为了帮助开发者结合实际示例来学习和理解这两种技术的融合。 让我们深入理解一下设计模式。设计模式并不具体到某一语言，而是跨越多种编程环境的概念。它们包括结构型模式（如工厂模式、单例模式、适配器模式）、行为型模式（如观察者模式、策略模式、访问者模式）和创建型模式（如建造者模式、抽象工厂模式）。设计模式通过提供经过验证的解决方案，可以提高代码的可重用性和可扩展性，使开发人员能更高效地协同工作。 在Qt框架中，设计模式的应用尤其重要，因为Qt库本身就遵循了许多设计原则和模式。例如，信号与槽机制是一种事件驱动的设计模式，它允许对象间的异步通信。QObjects类中的connect和disconnect函数就是实现这一模式的关键。此外，Qt的插件系统则体现了工厂模式和策略模式的组合，使得在运行时可以动态加载和卸载组件。 在"**C++ Qt 设计模式源码**"中，你可能会找到以下几种常见的设计模式应用： 1. **单例模式**：在Qt中，通常用于管理全局资源，如QApplication或QSqlDatabase，确保在整个应用程序中只有一个实例存在。 2. **工厂模式**：在创建Qt部件或者窗口时，可以使用工厂模式来动态生成所需类型的对象，提供更大的灵活性。 3. **策略模式**：通过接口或基类定义一组可互换的行为，如在不同的平台或环境下选择不同的绘图策略。 4. **观察者模式**：Qt的信号和槽机制就是一种观察者模式的实现，当对象状态改变时，会自动通知其他对象。 5. **模态和非模态对话框**：体现了装饰器模式，允许在不修改原始类的情况下添加新的功能或行为。 通过分析和实践这些源码，你可以更好地了解如何在实际项目中应用设计模式，提升代码质量和可维护性。同时，这也会帮助你深入理解Qt框架的内部机制，从而编写出更加高效和优雅的Qt应用程序。 在"**src**"目录下，你可能发现按设计模式分类的源代码文件，每个文件或子目录都对应一个特定的设计模式。通过阅读、调试和修改这些代码，你可以亲身体验设计模式如何在实际项目中发挥效用，这将极大地促进你对C++和Qt框架的掌握。 "**C++ Qt 设计模式源码**"是一个宝贵的资源，它不仅提供了学习设计模式的实践机会，也帮助你深入理解Qt框架，提升你的软件开发技能。无论是初学者还是经验丰富的开发者，都可以从中受益匪浅。

中介者模式（Mediator Pattern） 1. 中介者模式概述 1.1 定义 1.2 基本思想 2. 中介者模式的结构 3. 中介者模式的UML类图 4. 中介者模式的工作原理 5. Java实现示例 5.1 基本实现示例 5.2 飞机空中交通控制示例 5.3 GUI应用中的中介者模式 6. 中介者模式的优缺点 6.1 优点 6.2 缺点 7. 中介者模式的适用场景 8. 中介者模式在框架中的应用 8.1 Java Swing中的应用 8.2 Spring框架中的应用 9. 中介者模式与其他设计模式的区别与联系 9.1 中介者模式与观察者模式 9.2 中介者模式与外观模式 9.3 中介者模式与命令模式 10. 实战案例：智能家居控制系统 11. 总结

设计模式是软件工程中的一种最佳实践，用于解决在软件开发过程中常见的问题。这些模式是对在特定上下文中已知问题的解决方案的标准化描述，为开发者提供了一种通用的、可复用的方法来组织代码，提高软件的可维护性、可读性和可扩展性。设计模式分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。 创建型模式主要关注对象的创建，它们提供了对实例化过程的抽象，使得代码与具体的对象创建方式解耦。常见的创建型模式包括： 1. 单例模式（Singleton）：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。 2. 工厂方法模式（Factory Method）：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。 3. 抽象工厂模式（Abstract Factory）：提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而无需指定具体类。 4. 建造者模式（Builder）：将复杂对象的构建与其表示分离，使得相同的构建过程可以创建不同的表示。 5. 原型模式（Prototype）：通过复制已有对象来创建新对象。 结构型模式关注如何将类或对象组合成更大的结构。它们提供了一种方式来组合现有的类，实现新的功能，同时保持了良好的结构。常见的结构型模式有： 1. 适配器模式（Adapter）：使两个接口不兼容的类可以一起工作。 2. 桥接模式（Bridge）：将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立变化。 3. 组合模式（Composite）：将对象组合成树形结构，表示“部分-整体”的层次结构。 4. 装饰模式（Decorator）：动态地给对象添加一些额外的职责，即增加功能而不改变其结构。 5. 外观模式（Facade）：提供一个统一的接口，用来访问子系统中的一组接口。 6. 享元模式（Flyweight）：通过共享大量细粒度对象，减少内存中对象的数量。 7. 代理模式（Proxy）：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。 行为型模式主要关注对象之间的责任分配和交互。它们描述了对象之间的通信和协作方式。常见的行为型模式包括： 1. 责任链模式（Chain of Responsibility）：将请求沿着处理者链进行传递，直到某个处理者处理它。 2. 命令模式（Command）：将请求封装为一个对象，以便使用不同的请求、队列请求、支持撤销操作。 3. 解释器模式（Interpreter）：提供一个语言的文法表示，并定义它的语法规则。 4. 迭代器模式（Iterator）：提供一种方法顺序访问聚合对象的元素，而无需暴露其底层表示。 5. 中介者模式（Mediator）：定义一个中介对象来简化原本复杂的对象间交互。 6. 备忘录模式（Memento）：在不破坏封装性的前提下，捕获对象的内部状态，并在对象需要时恢复状态。 7. 观察者模式（Observer）：定义对象间的一种一对多依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知并被自动更新。 8. 状态模式（State）：允许对象在其内部状态改变时改变它的行为。 9. 策略模式（Strategy）：定义一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以互相替换。 10. 模板方法模式（Template Method）：在抽象类中定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中。 11. 访问者模式（Visitor）：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作，它使你可以在不改变各元素类的前提下定义作用于这些元素的新操作。 这份"设计模式PPT"包含的23种设计模式详细涵盖了以上提到的所有模式。通过学习这些设计模式，开发者能够更好地理解和应用这些已经被广泛验证的解决方案，从而编写出更高效、更易于维护的代码。

《时间触发嵌入式系统设计模式 8051系列微控制器开发可靠应用》 （Patterns for Time-Triggered Embedded Systems） (随书代码) 需要原书看一看我的其它资源

专为 C++ 开发岗（后端 / 客户端 / 嵌入式等）面试打造的 “八股文原理 + 源代码实战” 手册，覆盖 2025 年大厂高频考察的 120 个 C++ 核心知识点，每个考点配备 可编译运行的源代码示例，用 “代码讲原理” 替代纯文字背诵，帮你彻底搞懂 “面试官为什么这么问”“怎么用代码证明掌握深度”。 在深入分析C++程序设计语言时，理解内存管理是一个至关重要的部分，它涉及到程序运行时的数据存储和资源分配。C++语言将内存划分为几个不同的区域，包括栈、堆、全局/静态存储区、常量存储区和代码区。栈内存用于存储局部变量、函数参数和返回地址，由编译器自动管理，高效但空间有限。堆内存是动态分配的，允许程序员灵活控制内存的申请和释放，但可能导致内存碎片和泄漏。全局和静态变量存储在全局/静态存储区中，程序结束时由操作系统释放。常量存储区用于存放不可修改的数据，而代码区则存储了程序的指令代码。 内存分配的方式也对性能产生影响，栈分配速度快但不灵活，而堆分配虽然灵活但效率较低，且容易产生碎片。在内存分配的过程中，编译器或操作系统必须管理内存空间，保证数据的对齐，以适应硬件架构的限制。对齐内存可以提高数据访问效率并防止硬件异常。 在C++中，变量的生存周期取决于其作用域和存储类别。全局变量在整个程序中都有效，局部变量仅在函数执行期间有效，静态全局和静态局部变量则具有文件作用域或函数作用域，但只被初始化一次。这些不同的作用域和生存周期对程序的行为和资源管理有重要影响。 智能指针是现代C++中用于自动化内存管理的工具，它包括共享指针、弱指针和唯一指针。共享指针允许多个指针拥有同一资源，当最后一个共享指针被销毁时，资源会自动释放。唯一指针则保证了资源的唯一所有权，当唯一指针销毁时，资源也会被释放。弱指针用于解决共享指针的循环引用问题，它不控制资源的生命周期，但可以检测资源是否已经被释放。 在面试准备过程中，理解和实践这些核心概念对于展示一个候选人的能力至关重要。拥有深刻理解内存管理、智能指针使用以及其它核心概念如STL、多线程和模板元编程，能够帮助开发者在面试中脱颖而出。通过理论和实践结合，使用代码实例来证明自己对这些概念的深入理解，是面试准备中不可或缺的一部分。大厂面试官在面试过程中往往注重实际操作能力和对概念的深入理解，通过实际代码来展示自己对于这些考点的理解，无疑是最好的证明。

Making Embedded Systems, Design Patterns for Great Software 嵌入式开发中的设计模式