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.NET設計模式(7):創建型模式專題總結(Creational Pattern)

編輯:關於.NET

概述

創建型模式,就是用來創建對象的模式,抽象了實例化的過程。它幫助一個系統獨立於如何創建、組合和表示它的那些對象。本文對五種常用創建型模式進行了比較,通過一個游戲開發場景的例子來說該如何使用創建型模式。

為什麼需要創建型模式

所有的創建型模式都有兩個永恆的主旋律:第一,它們都將系統使用哪些具體類的信息封裝起來;第二,它們隱藏了這些類的實例是如何被創建和組織的。外界對於這些對象只知道它們共同的接口,而不清楚其具體的實現細節。正因如此,創建型模式在創建什麼(what),由誰(who)來創建,以及何時(when)創建這些方面,都為軟件設計者提供了盡可能大的靈活性。

假定在一個游戲開發場景中,會用到一個現代風格房屋的對象,按照我們的一般想法,既然需要對象就創建一個:

ModernRoom room = new ModernRoom();

好了,現在現代風格房屋的對象已經有了,如果這時房屋的風格變化了,需要的是古典風格的房屋,修改一下:

ClassicalRoom room = new ClassicalRoom();

試想一下,在我們的程序中有多少處地方用到了這樣的創建邏輯,而這裡僅僅是房屋的風格變化了,就需要修改程序中所有的這樣的語句。現在我們封裝對象創建的邏輯,把對象的創建放在一個工廠方法中:

ModernFactory factory = new ModernFactory();

ModernRoom room = factory.Create();

當房屋的風格變化時,只需要修改

ClassicalFactory factory = new ClassicalFactory();

ClassicalRoom room = factory.Create();

而其它的用到room的地方仍然不變。這就是為什麼需要創建型模式了。創建者模式作用可以概括為如下兩點:

1.封裝創建邏輯,絕不僅僅是new一個對象那麼簡單。

2.封裝創建邏輯變化,客戶代碼盡量不修改,或盡量少修改。

常見的五種創建型模式

單件模式(Singleton Pattern)解決的是實體對象的個數問題,其他的都是解決new所帶來的耦合關系問題。

工廠方法模式(Factory Pattern)在工廠方法中,工廠類成為了抽象類,其實際的創建工作將由其具體子類來完成。工廠方法的用意是定義一個創建產品對象的工廠接口,將實際創建工作推遲到子類中去,強調的是“單個對象”的變化。

抽象工廠模式(Abstract Factory)抽象工廠是所有工廠模式中最為抽象和最具有一般性的一種形態。抽象工廠可以向客戶提供一個接口,使得客戶可以在不必指定產品的具體類型的情況下,創建多個產品族中的產品對象,強調的是“系列對象”的變化。

生成器模式(Builder Pattern)把構造對象實例的邏輯移到了類的外部,在這個類的外部定義了這個類的構造邏輯。他把一個復雜對象的構造過程從對象的表示中分離出來。其直接效果是將一個復雜的對象簡化為一個比較簡單的目標對象。他強調的是產品的構造過程。

原型模式(Prototype Pattern)和工廠模式一樣,同樣對客戶隱藏了對象創建工作,但是,與通過對一個類進行實例化來構造新對象不同的是,原型模式是通過拷貝一個現有對象生成新對象的。

如何選擇使用創建型模式

繼續考慮上面提到的游戲開發場景,假定在這個游戲場景中我們使用到的有牆(Wall),屋子(Room),門(Door)幾個部件。在這個過程中,同樣是對象的創建問題,但是會根據所要解決的問題不同而使用不同的創建型模式。

如果在游戲中,一個屋子只允許有一個門存在,那麼這就是一個使用Signleton模式的例子,確保只有一個Door類的實例被創建。解決的是對象創建個數的問題。

示例代碼:

using System;
public sealed class SigletonDoor
{
  static readonly SigletonDoor instance=new SigletonDoor();
  static SigletonDoor()
  {
  }
  public static SigletonDoor Instance
  {
    get
    {
      return instance;
    }
  }
}

在游戲中需要創建牆,屋子的實例時,為了避免直接對構造器的調用而實例化類,這時就是工廠方法模式了,每一個部件都有它自己的工廠類。解決的是“單個對象”的需求變化問題。

示例代碼:

using System;
public abstract class Wall
{
  public abstract void Display();
}
public class ModernWall:Wall
{
  public override void Display()
  {
    Console.WriteLine("ModernWall Builded");
  }
}
public abstract class WallFactory
{
  public abstract Wall Create();
}
public class ModernFactory:WallFactory
{
  public override Wall Create()
  {
    return new ModernWall();;
  }
}

在游戲場景中,不可能只有一種牆或屋子,有可能有現代風格(Modern),古典風格(Classical)等多系列風格的部件。這時就是一系列對象的創建問題了,是一個抽象工廠的例子。解決的是“系列對象”的需求變化問題。

示例代碼:

using System;
public abstract class Wall
{
  public abstract void Display();
}
public class ModernWall:Wall
{
  public override void Display()
  {
    Console.WriteLine("ModernWall Builded");
  }
}
public class ClassicalWall:Wall
{
  public override void Display()
  {
    Console.WriteLine("ClassicalWall Builded");
  }
}
public abstract class Room
{
  public abstract void Display();
}
public class ModernRoom:Room
{
  public override void Display()
  {
    Console.WriteLine("ModernRoom Builded");
  }
}
public class ClassicalRoom:Room
{
  public override void Display()
  {
    Console.WriteLine("ClassicalRoom Builded");
  }
}
public abstract class AbstractFactory
{
  public abstract Wall CreateWall();
  public abstract Room CreateRoom();
}
public class ModernFactory:AbstractFactory
{
  public override Wall CreateWall()
  {
    return new ModernWall();
  }
  public override Room CreateRoom()
  {
    return new ModernRoom();
  }
}
public class ClassicalFactory:AbstractFactory
{
  public override Wall CreateWall()
  {
    return new ClassicalWall();
  }
  public override Room CreateRoom()
  {
    return new ClassicalRoom();
  }
}

如果在游戲場景中,構成某一個場景的算法比較穩定,例如:這個場景就是用四堵牆,一個屋子,一扇門來構成的,但具體是用什麼風格的牆、屋子和門則是不停的變化的,這就是一個生成器模式的例子。解決的是“對象部分”的需求變化問題。

示例代碼:

using System;
using System.Collections;
public class Director
{
  public void Construct( Builder builder )
  {
    builder.BuildWall();
    builder.BuildRoom();
    builder.BuildDoor();
  }
}
public abstract class Builder
{
  public abstract void BuildWall();
  public abstract void BuildRoom();
  public abstract void BuildDoor();
  public abstract GameScene GetResult();
}
public class GameBuilder : Builder
{
  private GameScene g;
  public override void BuildWall()
  {
    g = new GameScene();
    g.Add( "Wall" );
  }
  public override void BuildRoom()
  {
    g.Add( "Room" );
  }
  public override void BuildDoor()
  {
    g.Add( "Door" );
  }
  public override GameScene GetResult()
  {
    return g;
  }
}

public class GameScene
{
  ArrayList parts = new ArrayList();
  public void Add( string part )
  {
    parts.Add( part );
  }
  public void Display()
  {
    Console.WriteLine( " GameScene Parts:" );
    foreach( string part in parts )
      Console.WriteLine( part );
  }
}

如果在游戲中,需要大量的古典風格或現代風格的牆或屋子,這時可以通過拷貝一個已有的原型對象來生成新對象,就是一個原型模式的例子了。通過克隆來解決“易變對象”的創建問題。

示例代碼:

using System;
public abstract class RoomPrototype
{
  public abstract RoomPrototype Clone();
}
public class ModernPrototype:RoomPrototype
{
  public override RoomPrototype Clone()
  {
    return (RoomPrototype)this.MemberwiseClone();
  }
}
public class ClassicalPrototype:RoomPrototype
{
  public override RoomPrototype Clone()
  {
    return (RoomPrototype)this.MemberwiseClone();
  }
}

究竟選用哪一種模式最好取決於很多的因素。使用Abstract Factory、Prototype Pattern或Builder Pattern的設計比使用Factory Method的設計更加靈活,但是也更加復雜,尤其Abstract Factory需要龐大的工廠類來支持。通常,設計以使用Factory Method開始,並且當設計者發現需要更大的靈活性時,設計便會向其他設計模式演化,當你在多個設計模式之間進行權衡的時候,了解多個設計模式可以給你提供更多的選擇余地。

總結

使用創建者模式是為了提高系統的可維護性和可擴展性,提高應對需求變化的能力!

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