设计模式(十五)-“数据结构”模式

设计模式 评论

“数据结构”模式

常常有一些组件在内部具有特定的数据结构，如果让客户程序依赖这些特定的数据结构，将极大地破坏组件的复用。这时候，将这些特定数据结构封装在内部，在外部提供统一的接口，来实现与特定数据结构无关的访问，是一种行之有效的解决方案。主要有以下三种

  1. Composite
  2. Iterator
  3. Chain of Resposibility

Composite

设计动机

  1. 在软件在某些情况下，客户代码过多地依赖于对象容器复杂的内部实现结构，对象容器内部实现结构(而非抽象接口)的变化将引起客户代码的频繁变化，带来了代码的维护性、扩展性等弊端。
  2. 如何将“客户代码与复杂的对象容器结构"解耦?让对象容器自己来实现自身的复杂结构，从而使得客户代码就像处理简单对象一样来处理复杂的对象容器?

定义

将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性(稳定)

结构

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例子

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class Component{
    virtual void process() = 0;
    virtual ~Component(){
    }
};
//树节点
class Composite:public Component{
    string name;
    list<Component*> elements; //通常保存叶子结点
public:
    Composite(const string& s):name(s){}
    void add(Component* element){
        elements.push_back(element);
    }
    void remove(Component* element){
        elements.remove(element);
    }
    void process() override{
        //1. 处理当前结点
        //...

        //2.处理叶子结点
        //多态调用
        for(auto& e : elements){
            e->process();
        }
    }
};

//叶子结点
class Leaf:public Component{
    string name;
public:
    Leaf(const string& s):name(s){}
    void process() override{
        //处理当前结点
        //...
    }
};
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//使用
void Invoke(Component& c){
    //将一对多转化为一对一的关系
    c.process();
}

int main(){
    Composite root("root");
    Composite treeNode1("treeNode1");
    Composite treeNode2("treeNode2");
    Composite treeNode3("treeNode3");
    Leaf leaf1("leaf1")
    Leaf leaf2("leaf2")

    root.add(&treeNode1);
    treeNode1.add(&treeNode2);
    treeNode1.add(&treeNode3);
    treeNode2.add(&leaf1);
    treeNode3.add(&leaf2);

    //Invoke处理一致性
    Invoke(root);
    Invoke(treeNode1);
    Invoke(leaf1);
}

总结

  1. Composite模式采用树形结构来实现普遍存在的对象容器，从而将‘一对多”的关系转化为“一对一”的关系，使得客户代码可以一致地(复用)处理对象和对象容器，无需关心处理的是单个的对象，还是组合的对象容器。
  2. 将“客户代码与复杂的对象容器结构”解耦是Composite的核心思想，解耦之后，客户代码将与纯粹的抽象接口一而非对象容器的内部实现结构一发生依赖，从而更能“应对变化”。
  3. Composite模式在具体实现中，可以让父对象中的子对象反向追溯;如果父对象有频繁的遍历需求，可使用缓存技巧来改善效率。

Iterator

设计动机

  1. 在软件构建过程中，集合对象内部结构常常变化各异。但对于这些集合对象，我们希望在不暴露其内部结构的同时，可以让外部客户代码透明地访问其中包含的元素;同时这种“透明遍历”也为“同一种算法在多种集合对象上进行操作’’提供了可能。
  2. 使用面向对象技术将这种遍历机制抽象为“迭代器对象”为“应对变化中的集合对象”提供了一种优雅的方式。

定义

提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露(稳定)该对象的内部表示。

结构

结构

总结

  1. 在如今拥有STL和泛型编程的c++语言这种模式已被弃用(面对对象的迭代器性能损耗高),java,c#会用到
  2. 迭代抽象:访问一个聚合对象的内容而无需暴露它的内部表示。
  3. 迭代多态:为遍历不同的集合结构提供一个统一的接口，从而支持同样的算法在不同的集合结构.上进行操作。
  4. 迭代器的健壮性考虑:遍历的同时更改迭代器所在的集合结构，会导致问题。

Chain of responsibility

设计动机

  1. 在软件构建过程中，一个请求可能被多个对象处理，但是每个请求在运行时只能有一个接受者，如果显式指定，将必不可少地带来请求发送者与接受者的紧耦合。
    2.如何使请求的发送者不需要指定具体的接受者?让请求的接受者自己在运行时决定来处理请求，从而使两者解耦。

定义

使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递请求，直到有一个对象处理它为止。

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enum class RequestType
{
    REQ_HANDLER1,
    REQ_HANDLER2,
    REQ_HANDLER3
};

class Reqest
{
    string description;
    RequestType reqType;
public:
    Reqest(const string & desc, RequestType type) : description(desc), reqType(type) {}
    RequestType getReqType() const { return reqType; }
    const string& getDescription() const { return description; }
};

class ChainHandler{
    
    ChainHandler *nextChain;
    void sendReqestToNextHandler(const Reqest & req)
    {
        if (nextChain != nullptr)
            nextChain->handle(req);
    }
protected:
    virtual bool canHandleRequest(const Reqest & req) = 0;
    virtual void processRequest(const Reqest & req) = 0;
public:
    ChainHandler() { nextChain = nullptr; }
    void setNextChain(ChainHandler *next) { nextChain = next; }
    
   
    void handle(const Reqest & req)
    {
        if (canHandleRequest(req))
            processRequest(req);
        else
            sendReqestToNextHandler(req);
    }
};


class Handler1 : public ChainHandler{
protected:
    bool canHandleRequest(const Reqest & req) override
    {
        return req.getReqType() == RequestType::REQ_HANDLER1;
    }
    void processRequest(const Reqest & req) override
    {
        cout << "Handler1 is handle reqest: " << req.getDescription() << endl;
    }
};
        
class Handler2 : public ChainHandler{
protected:
    bool canHandleRequest(const Reqest & req) override
    {
        return req.getReqType() == RequestType::REQ_HANDLER2;
    }
    void processRequest(const Reqest & req) override
    {
        cout << "Handler2 is handle reqest: " << req.getDescription() << endl;
    }
};

class Handler3 : public ChainHandler{
protected:
    bool canHandleRequest(const Reqest & req) override
    {
        return req.getReqType() == RequestType::REQ_HANDLER3;
    }
    void processRequest(const Reqest & req) override
    {
        cout << "Handler3 is handle reqest: " << req.getDescription() << endl;
    }
};
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int main(){
    Handler1 h1;
    Handler2 h2;
    Handler3 h3;
    h1.setNextChain(&h2);
    h2.setNextChain(&h3);
    
    Reqest req("process task ... ", RequestType::REQ_HANDLER3);
    h1.handle(req);
    return 0;
}

总结

  1. Chain of Responsibility模式的应用场合在于“一个请求可能有多个接受者，但是最后真正的接受者只有一个”，这时候请求发送者与接受者的耦合有可能出现“变化脆弱”的症状，职责链的目的就是将二者解耦，从而更好地应对变化。
  2. 应用了Chain of Responsibility模式后，对象的职责分派将更具灵活性。我们可以在运行时动态添加/修改请求的处理职责。
  3. 如果请求传递到职责链的末尾仍得不到处理，应该有一个合理的缺省机制。这也是每一个接受对象的责任，而不是发出请求的对象的责任。

不吃西柚Linux kernel and virtualization developer

不为无益之事，何以遣有涯之生