对象创建
前言
“对象创建”模式:
通过“对象创建” 模式绕开new，来避免对象创建（new）过程中所导致的紧耦合（依赖具体类），从而支持对象创建的稳定。它是接口抽象之后的第一步工作。
典型模式：
- Factory Method 工厂方法
- Abstract Factory 抽象工厂
- Prototype 原型模式
- Builder 构建器模式
1. Factory Method
1.1 模式介绍
动机：在软件系统中，经常面临着创建对象的工作；由于需求的变化，需要创建的对象的具体类型经常变化。
如何应对这种变化？如何绕过常规的对象创建方法(new)，提供一种“封装机制”来避免客户程序和这种“具体对象创建工作”的紧耦合？
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。Factory Method使得一个类的实例化延迟（目的：解耦，手段：虚函数）到子类。
——《设计模式》GoF
1.2 模式代码
1.2.1 问题代码
class ISplitter{
public:
virtual void split()=0;
virtual ~ISplitter(){}
};
class BinarySplitter : public ISplitter{
};
class TxtSplitter: public ISplitter{
};
class PictureSplitter: public ISplitter{
};
class VideoSplitter: public ISplitter{
};
class MainForm : public Form
{
TextBox* txtFilePath;
TextBox* txtFileNumber;
ProgressBar* progressBar;
public:
void Button1_Click(){
ISplitter * splitter=
new BinarySplitter();//依赖具体类
splitter->split();
}
};
你有一个按钮，点击按钮以后可以对二进制文件、文本文件、图片文件、视频文件进行分割，如果按照上述代码进行编写，其依赖具体类，如果你想增加其他文件格式方法时，得修改button里的方法，这会使得封装性被破坏
1.2.2 重构代码
//抽象类
class ISplitter{
public:
virtual void split()=0;
virtual ~ISplitter(){}
};
//工厂基类
class SplitterFactory{
public:
virtual ISplitter* CreateSplitter()=0;
virtual ~SplitterFactory(){}
};
//具体类
class BinarySplitter : public ISplitter{
virtual void split()
{}
};
class TxtSplitter: public ISplitter{
virtual void split()
{}
};
class PictureSplitter: public ISplitter{
virtual void split()
{}
};
class VideoSplitter: public ISplitter{
virtual void split()
{}
};
//具体工厂
class BinarySplitterFactory: public SplitterFactory{
public:
virtual ISplitter* CreateSplitter(){
return new BinarySplitter();
}
};
class TxtSplitterFactory: public SplitterFactory{
public:
virtual ISplitter* CreateSplitter(){
return new TxtSplitter();
}
};
class PictureSplitterFactory: public SplitterFactory{
public:
virtual ISplitter* CreateSplitter(){
return new PictureSplitter();
}
};
class VideoSplitterFactory: public SplitterFactory{
public:
virtual ISplitter* CreateSplitter(){
return new VideoSplitter();
}
};
class MainForm : public Form
{
SplitterFactory* factory;//工厂
public:
MainForm(SplitterFactory* factory){
this->factory=factory;
}
void Button1_Click(){
ISplitter * splitter=
factory->CreateSplitter(); //多态new
splitter->split();
}
};
解决方法：设计一个工厂基类，声明一个创建对象的接口，对象基础工厂基类，实现创建对象的方法，即可实现运行时绑定
1.3 模式类图
1.4 要点总结
- Factory Method模式用于隔离类对象的使用者和具体类型之间的耦合关系。面对一个经常变化的具体类型，紧耦合关系(new)会导致软件的脆弱。
- Factory Method模式通过面向对象的手法，将所要创建的具体对象工作延迟到子类，从而实现一种扩展（而非更改）的策略，较好地解决了这种紧耦合关系。
- Factory Method模式解决“单个对象”的需求变化。缺点在于要求创建方法/参数相同。
2. Abstract Factory
2.1 模式介绍
动机：在软件系统中，经常面临着“一系列相互依赖的对象”的创建工作；同时，由于需求的变化，往往存在更多系列对象的创建工作。
如何应对这种变化？如何绕过常规的对象创建方法(new)，提供一种“封装机制”来避免客户程序和这种“多系列具体对象创建工作”的紧耦合？
提供一个接口，让该接口负责创建一系列“相关或者相互依赖的对象”，无需指定它们具体的类。
——《设计模式》GoF
2.2 模式代码
抽象工厂是工厂方法模式的子集，当要创建的对象之间有关联时才使用抽象工厂
2.2.1 问题代码
假设现在要实现SQL处理的功能
问题代码1：直接将类型硬编码到功能里，如果有多种数据库，比如MySQL、Oracle等等，就会不利于扩展
class EmployeeDAO{
public:
vector<EmployeeDO> GetEmployees(){
SqlConnection* connection =
new SqlConnection();
connection->ConnectionString = "...";
SqlCommand* command =
new SqlCommand();
command->CommandText="...";
command->SetConnection(connection);
SqlDataReader* reader = command->ExecuteReader();
while (reader->Read()){
}
}
};
问题代码2：在问题代码1的基础上，使用工厂方法解决依赖具体类问题
//数据库访问有关的基类
class IDBConnection{
};
class IDBConnectionFactory{
public:
virtual IDBConnection* CreateDBConnection()=0;
};
class IDBCommand{
};
class IDBCommandFactory{
public:
virtual IDBCommand* CreateDBCommand()=0;
};
class IDataReader{
};
class IDataReaderFactory{
public:
virtual IDataReader* CreateDataReader()=0;
};
//支持SQL Server
class SqlConnection: public IDBConnection{
};
class SqlConnectionFactory:public IDBConnectionFactory{
};
class SqlCommand: public IDBCommand{
};
class SqlCommandFactory:public IDBCommandFactory{
};
class SqlDataReader: public IDataReader{
};
class SqlDataReaderFactory:public IDataReaderFactory{
};
//支持Oracle
class OracleConnection: public IDBConnection{
};
class OracleCommand: public IDBCommand{
};
class OracleDataReader: public IDataReader{
};
class EmployeeDAO{
IDBConnectionFactory* dbConnectionFactory;
IDBCommandFactory* dbCommandFactory;
IDataReaderFactory* dataReaderFactory;
public:
vector<EmployeeDO> GetEmployees(){
IDBConnection* connection =
dbConnectionFactory->CreateDBConnection();
connection->ConnectionString("...");
IDBCommand* command =
dbCommandFactory->CreateDBCommand();
command->CommandText("...");
command->SetConnection(connection); //关联性
IDBDataReader* reader = command->ExecuteReader(); //关联性
while (reader->Read()){
}
}
};
如果传递的dbConnectionFactory、dbCommandFactory、dataReaderFactory不是同一系列的就会出问题，例如一部分是MySQL对象，一部分是Oracle对象
2.2.2 重构代码
//数据库访问有关的基类
class IDBConnection{
};
class IDBCommand{
};
class IDataReader{
};
class IDBFactory{
public:
virtual IDBConnection* CreateDBConnection()=0;
virtual IDBCommand* CreateDBCommand()=0;
virtual IDataReader* CreateDataReader()=0;
};
//支持SQL Server
class SqlConnection: public IDBConnection{
};
class SqlCommand: public IDBCommand{
};
class SqlDataReader: public IDataReader{
};
class SqlDBFactory:public IDBFactory{
public:
virtual IDBConnection* CreateDBConnection()=0;
virtual IDBCommand* CreateDBCommand()=0;
virtual IDataReader* CreateDataReader()=0;
};
//支持Oracle
class OracleConnection: public IDBConnection{
};
class OracleCommand: public IDBCommand{
};
class OracleDataReader: public IDataReader{
};
class EmployeeDAO{
IDBFactory* dbFactory;
public:
vector<EmployeeDO> GetEmployees(){
IDBConnection* connection =
dbFactory->CreateDBConnection();
connection->ConnectionString("...");
IDBCommand* command =
dbFactory->CreateDBCommand();
command->CommandText("...");
command->SetConnection(connection); //关联性
IDBDataReader* reader = command->ExecuteReader(); //关联性
while (reader->Read()){
}
}
};
将一系列方法封装在一起，这便是抽象工厂模式
2.3 模式类图
2.4 要点总结
- 如果没有应对“多系列对象构建”的需求变化，则没有必要使用Abstract Factory模式，这时候使用简单的工厂完全可以。
- “系列对象”指的是在某一特定系列下的对象之间有相互依赖、或作用的关系。不同系列的对象之间不能相互依赖。
- Abstract Factory模式主要在于应对“新系列”的需求变动。其缺点在于难以应对“新对象”的需求变动。
3. Prototype
3.1 模式介绍
原型是一种创建型设计模式，它允许您复制现有对象，而不使您的代码依赖于它们的类。
问题：
假设你有一个对象，你想创建它的一个精确副本。你会怎么做？首先，你必须创建一个相同类的新对象。然后你必须遍历原始对象的所有字段并将其值复制到新对象。
很好！但是有一个问题。并非所有对象都可以通过这种方式复制，因为某些对象的字段可能是私有的，从对象本身外部不可见。
直接方法还有一个问题。由于您必须知道对象的类才能创建副本，因此您的代码将依赖于该类。如果额外的依赖关系不吓到您，那么还有另一个问题。有时您只知道对象遵循的接口，但不知道其具体类，例如，当方法中的参数接受遵循某个接口的任何对象时。
3.2 模式代码
//抽象类
class ISplitter{
public:
virtual void split()=0;
virtual ISplitter* clone()=0; //通过克隆自己来创建对象
virtual ~ISplitter(){}
};
//具体类
class BinarySplitter : public ISplitter{
public:
virtual ISplitter* clone(){
return new BinarySplitter(*this);
}
virtual void split()
{}
};
class TxtSplitter: public ISplitter{
public:
virtual ISplitter* clone(){
return new TxtSplitter(*this);
}
virtual void split()
{}
};
class PictureSplitter: public ISplitter{
public:
virtual ISplitter* clone(){
return new PictureSplitter(*this);
}
virtual void split()
{}
};
class VideoSplitter: public ISplitter{
public:
virtual ISplitter* clone(){
return new VideoSplitter(*this);
}
virtual void split()
{}
};
class MainForm : public Form
{
ISplitter* prototype;//原型对象
public:
MainForm(ISplitter* prototype){
this->prototype=prototype;
}
void Button1_Click(){
ISplitter * splitter=
prototype->clone(); //克隆原型
splitter->split();
}
};
3.3 模式类图
3.4 要点总结
- 您可以克隆对象而不与其具体类耦合。
- 您可以摆脱重复的初始化代码，转而克隆预先构建的原型。
- 您可以更加方便地制作复杂的物体。
- 处理复杂对象的配置预设时，您可以获得继承的替代方法。
4. Builder
4.1 模式介绍
动机：在软件系统中，有时候面临着“一个复杂对象”的创建工作，其通常由各个部分的子对象用一定的算法构成；由于需求的变化，这个复杂对象的各个部分经常面临着剧烈的变化，但是将它们组合在一起的算法却相对稳定。
如何应对这种变化？如何提供一种“封装机制”来隔离出“复杂对象的各个部分”的变化，从而保持系统中的“稳定构建算法”不随着需求改变而改变？
将一个复杂对象的构建与其表示相分离，使得同样的构建过程(稳定)可以创建不同的表示(变化)。
——《设计模式》GoF
4.2 模式代码
class House{
//....
};
class HouseBuilder {
public:
House* GetResult(){
return pHouse;
}
virtual ~HouseBuilder(){}
protected:
House* pHouse;
virtual void BuildPart1()=0;
virtual void BuildPart2()=0;
virtual void BuildPart3()=0;
virtual void BuildPart4()=0;
virtual void BuildPart5()=0;
};
class StoneHouse: public House{
};
class StoneHouseBuilder: public HouseBuilder{
protected:
virtual void BuildPart1(){
//pHouse->Part1 = ...;
}
virtual void BuildPart2(){
}
virtual void BuildPart3(){
}
virtual void BuildPart4(){
}
virtual void BuildPart5(){
}
};
class HouseDirector{
public:
HouseBuilder* pHouseBuilder;
HouseDirector(HouseBuilder* pHouseBuilder){
this->pHouseBuilder=pHouseBuilder;
}
House* Construct(){
pHouseBuilder->BuildPart1();
for (int i = 0; i < 4; i++){
pHouseBuilder->BuildPart2();
}
bool flag=pHouseBuilder->BuildPart3();
if(flag){
pHouseBuilder->BuildPart4();
}
pHouseBuilder->BuildPart5();
return pHouseBuilder->GetResult();
}
};
构建器HouseBuilder负责定义构建House时每个步骤的具体接口（变化）和管理正在构建的对象，由子类继承并实现接口；
HouseDirector负责实现House在构建时的整体流程(不变）
4.3 模式类图
4.4 要点总结
- Builder 模式主要用于“分步骤构建一个复杂的对象”。在这其中“分步骤”是一个稳定的算法，而复杂对象的各个部分则经常变化。
- 变化点在哪里，封装哪里—— Builder模式主要在于应对“复杂对象各个部分”的频繁需求变动。其缺点在于难以应对“分步骤构建算法”的需求变动。
- 在Builder模式中，要注意不同语言中构造器内调用虚函数的差别（C++ vs. C#) 。