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行为型模式应用实验（4）

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简介：
本实验为《行为型模式应用实验》系列之一，深入探讨了行为设计模式的实际运用，旨在通过具体案例增强学生对各种行为模式的理解和实践能力。 实验4、行为型模式应用实验（1）

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  • 行为型模式应用实验（4）
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    本文件为《软件设计模式》课程中关于行为型模式的实验三的详细报告，内含完整的源代码与类图，旨在帮助学生深入理解并实践各种行为设计模式。 软件设计模式2021秋-实验3-行为型模式实验报告附源码和类图.zip：本段落件包含了组合命令模式、中介者模式、观察者模式以及状态模式的相关内容，包括源代码及类图。
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    本文介绍了状态模式，一种行为型设计模式，讨论了其在软件开发中的应用场景及其如何帮助实现复杂的状态管理逻辑。 状态模式是面向对象编程中的一个行为设计模式，用于处理具有多种状态的对象的行为变化问题。该模式的核心思想在于将不同状态下判断逻辑与操作封装在不同的类中，使得根据当前的状态调用相应的类方法来实现状态的改变。 ### 状态模式定义 状态模式允许当某个对象内部状态发生变化时，其行为也随之更改。这意呈着，在外部观察者看来，似乎该对象改变了它的类型或类别。这种变化是通过维护一个反映当前状态实例变量的上下文环境类和一系列具体实现不同状态下操作的具体状态类来完成。 ### 状态模式的关键点 1. **上下文（Context）**：持有代表当前状态的对象引用，并提供接口给外部设置新的状态，同时将相关的行为委托给该对象。 2. **状态（State）**：这是一个抽象基类或接口，定义了所有可能的状态下的操作。每个具体实现的子类负责处理一种特定情况并可以包含转换逻辑到另一种状态。 3. **具体状态（Concrete State）**：实现了上述提到的状态接口或继承自其基础类的具体实例，每一个都代表了一种具体的可变行为。 ### 使用场景 1. 当对象的行为依赖于它的内部状态，并且这些变化需要在运行时被动态地调整和应用； 2. 在程序中存在多种可能的互换状态，并且每个状态下都有不同的操作逻辑。 ### 状态模式与策略模式对比 虽然两者都允许行为在运行时发生变化，但它们关注的重点不同： 1. **焦点**： - 状态模式着重于对象内部的状态变化导致的行为改变。 - 策略模式则专注于一组算法的选择和执行。 2. **用途**： - 状态模式适用于当一个系统的状态影响其行为的场景； - 策略模式用于需要从一系列可用策略中选择最合适的那种情况。 ### 示例 考虑自动售货机（Vending Machine）的例子，它有三种可能的状态：存有商品、无库存和出售后。每种状态下机器的行为不同： - **HasItemState**：接受硬币并显示可选物品。 - **SoldOutState**：拒绝接收任何操作直到补充库存。 - **DispensingState**：释放购买的商品。 这些状态通过上下文类（Vending Machine）管理，它根据当前的状态来调用适当的方法： ```java // 状态接口定义了所有可能的操作方法 public interface State { void insertCoin(); void pressButton(); void dispense(); } // 具体实现每个操作的行为逻辑的子类们 public class HasItemState implements State { ... } public class SoldOutState implements State { ... } public class DispensingState implements State { ... } // 上下文环境类，管理状态转换和当前行为 public class VendingMachine { private final Map states = new HashMap<>(); // 设置各种初始的状态及其对应的行为逻辑实例 public void insertCoin() {...} public void pressButton() {...} public void dispense() {...} // 更改状态的方法 public void setState(State state) { this.state = state; } } ``` ### 实际应用 在实践中，该模式可以应用于多种场景： - 在订单处理系统中，根据不同的订单状态（如待支付、已发货等）执行相应的操作。 - 游戏开发中的角色根据不同游戏阶段进入不同战斗或探索状态。 - 用户界面元素依据其当前交互状态展现特定样式和行为。 使用这种设计模式可以提高系统的灵活性与可维护性，通过定义各种状态下具体的行为来响应外部事件。
  • 行为型设计模式_模板方法模式.md
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    本文介绍了模板方法模式，一种在软件工程中用于定义算法的骨架，将一些步骤延迟到子类中实现的行为型设计模式。 模板方法模式是一种行为设计模式，它定义了一个操作中的算法的骨架，并将一些步骤延迟到子类中实现。通过这种方式，子类可以在不改变整个算法结构的情况下重新定义某些特定步骤的行为。 ### 模板方法的关键角色 1. **抽象类（AbstractClass）**：负责定义一个固定的操作流程或“模板”，该流程包括一系列操作的执行顺序以及基本的方法调用。 - 基本方法（Primitive Method）：这些是在抽象类中声明但在子类实现的具体步骤。 - 模板方法（Template Method）：这是在抽象类中定义并由其直接控制的一系列基本方法调用序列，确保了操作的正确执行顺序。 2. **具体类（ConcreteClass）**：继承自抽象类，并提供所有需要的方法的具体实现。这些具体的子类负责完成算法中的特定步骤或细节处理。 ### 使用场景 模板方法模式适用于以下情况： - 当一个算法的主要结构固定不变，但某些操作的实施方式在各个应用场景中有所差异时。 - 在多个具体实现共享相同行为的情况下，可以将这些共通的行为抽象出来以减少代码重复并提高扩展性。 ### 实现示例 通过定义包含模板方法和基本方法声明（或实现）的一个抽象类，在Java等编程语言中实现了这一模式。子类继承该抽象类，并根据需要提供具体的方法实现细节。 例如，一个简单的HTTP Servlet的实例展示了如何使用这种设计模式：`SimpleHttpServlet`是一个抽象基类，它定义了处理GET和POST请求的基本方法（如doGet, doPost），而真正的业务逻辑则由具体的子类来完成。模板方法service负责根据不同的HTTP请求类型调用相应的具体实现。 ### 优势与劣势 **优点包括但不限于：** - 可以轻松地添加新的行为，无需修改现有代码。 - 提高了代码的复用性，并且简化了系统结构和维护工作。 - 具有良好的扩展性和灵活性，允许不同的子类根据特定需求定制算法中的某些部分。 **缺点则可能涉及：** - 对于每个具体的实现都需要定义一个新的子类，这可能会导致大量的小规模类的存在。 - 如果需要对模板方法的内部逻辑进行修改，则所有的依赖于此模式的具体实现都需相应地做出调整或重构以适应变化。 ### 实际应用 在实际开发过程中，该设计模式经常用于框架和服务中，在那些必须为不同请求类型提供一致处理流程但又允许具体执行细节各异的情况下特别有用。例如，在Web应用程序的HTTP请求处理逻辑、数据操作和业务规则的应用场景中广泛使用模板方法来实现高度定制化的功能。 通过理解并应用模板方法模式，开发者能够在设计软件系统时创建更加灵活且易于维护的结构，并能够有效地应对未来需求的变化或扩展要求。
  • 行为型设计模式_责任链模式.md
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    本文介绍了软件设计中的一种常见行为型设计模式——责任链模式。通过此模式，请求的处理可以动态地传递给一条处理者链上的多个对象，从而避免了请求发送者与具体处理程序之间的紧耦合。 在软件设计领域内，设计模式作为一种关键的理论工具被广泛应用，它能够帮助开发人员解决特定问题，并提高代码的可维护性、灵活性及复用性能。行为型设计模式中的一种——责任链模式提供了一种优雅的方式来处理对象间的通信，尤其适用于多个对象可能都需要处理一个请求的情况。 本段落将详细介绍责任链模式的概念、构成角色、应用场景以及实现方式，并通过实例来加深理解。在该模式下，构建的链式结构能够使请求发送者和接收者的耦合度降低，使得请求可以在一系列的对象中传递直至被妥善处理为止。具体而言，当一个对象无法处理某个请求时，它会将这个任务转交给责任链中的下一个合适的处理器。 责任链模式主要包括三个核心角色：处理器链、抽象处理器以及具体的各个处理器类。其中，“处理器链”负责维护并管理一连串的处理器；“抽象处理器”定义了如何处理请求的基本接口，并且持有指向该链条中下一个元素的一个引用；而“具体处理器”，作为抽象方法的具体实现，根据特定条件决定是否自行解决某个问题或将其传递至下一级别。 责任链模式适用于多种场景：例如审批流程中的不同层级管理员可能需要依据申请内容的不同来处理同一份表格。在这样的情况下，可以构建一条由各个管理层级构成的责任链条，并让这个请求沿着这条路径移动直至找到合适的决策者为止；或者在一个事件驱动的系统中使用监听器形成责任链以解决无需关心具体接收者的场景。 实现该模式时可以选择数组或链表作为基础数据结构。前者易于理解但不便于动态调整，后者则更灵活支持频繁变更的需求。 以下是一个简单的Java示例代码来展示如何通过继承抽象类创建具体的处理器，并决定是否处理请求以及在必要时刻传递给下一个节点： ```java abstract class Handler { protected Handler successor; public void setSuccessor(Handler successor) { this.successor = successor; } public abstract void handleRequest(Request request); } class HandlerA extends Handler { @Override public void handleRequest(Request request) { if (canHandle(request)) { //处理请求 System.out.println(Handler A 处理了请求); } else if (successor != null){ successor.handleRequest(request); } } private boolean canHandle(Request request) { return false; } } class HandlerB extends Handler { @Override public void handleRequest(Request request) { if(canHandle(request)){ //处理请求 System.out.println(Handler B 处理了请求); } else if (successor != null){ successor.handleRequest(request); } } private boolean canHandle(Request request){ return true; } } ``` 通过上述代码，可以看到`HandlerA`和`HandlerB`代表责任链上的两个具体处理器。它们都有一个处理请求的方法，并且如果当前的处理器无法解决某项任务，则会把该任务传递给链条中的下一个元素。 类图对于理解模式的结构同样重要：它展示了各个组件之间的关系及接口设计，有助于开发者更好地掌握各部分间的协作方式和整体架构。 总的来说，责任链模式在实际开发中应用广泛，能够帮助处理日志、事件传播机制或工作流与审批流程等多种场景。尽管这种模式提高了系统的灵活性且易于维护扩展性，但也可能存在请求延迟的问题——因为每个节点都必须检查是否需要转交任务给下一个处理器才能完成最终的解决过程。因此，在实际使用时需根据具体情况权衡利弊。
  • 行为型设计模式之策略模式.md
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    本文介绍了策略模式，一种行为型设计模式，解释了其定义、优点以及应用场景，并提供了具体的代码示例来帮助理解如何在实际项目中使用该模式。 设计模式是软件工程领域内为解决常见的编程问题而提出的模板解决方案。策略模式（Strategy Pattern）是一种行为型的设计模式，其主要目标是在不改变客户端代码的情况下定义并封装一系列算法，并且能够根据需要在运行时选择使用不同的算法。 策略模式主要包括以下三个角色： 1. 抽象策略角色：这是一个接口或抽象类，它规定了所有具体策略实现的公共方法。通常，在Java中这个角色由接口或者抽象类来扮演。 2. 具体策略角色：这些是实现了抽象策略定义的方法的具体实体类。每个具体的策略都是一个算法的不同表现形式。 3. 封装角色（Context）：该角色持有对某个具体策略对象的引用，并提供设置或获取当前使用的具体策略方法，同时负责执行由选定策略提供的操作。 使用场景： - 当多个相似但行为不同的类存在时，可以利用策略模式来定义这些不同之处。 - 需要根据环境选择算法的不同变体。 - 算法需要访问复杂的数据结构或信息而客户端不需要知道。 - 一个对象的行为是基于其内部状态的，并且这种变化的状态可以通过改变所使用的策略来进行管理。 在类图中，通常可以看到以下元素： - Strategy：定义所有支持算法的公共接口。Context使用这个接口来调用ConcreteStrategy实现的具体方法。 - ConcreteStrategy：它实现了由抽象策略角色提供的方法，每个具体策略代表一种特定的行为或算法。 - Context：维护一个对当前使用的AbstractStrategy对象的引用，并提供执行该策略的方法。 下面是一个简单的Java代码示例： ```java // 抽象策略接口 public interface Strategy { void doSomething(); } // 具体策略实现类1 public class ConcreteStrategy1 implements Strategy { @Override public void doSomething() { System.out.println(具体策略1的运算法则); } } // 具体策略实现类2 public class ConcreteStrategy2 implements Strategy { @Override public void doSomething() { System.out.println(具体策略2的运算法则); } } // 上下文类，用于封装和管理具体的策略对象 public class Context { private Strategy strategy; // 构造函数或setter方法来设置当前使用的是哪个具体策略 public Context(Strategy strategy) { this.strategy = strategy; } // 调用由当前使用的ConcreteStrategy提供的算法 public void doAnything() { this.strategy.doSomething(); } } // 客户端代码示例，演示如何创建并使用Context来执行策略方法 public class Client { public static void main(String[] args) { Strategy strategy = new ConcreteStrategy1(); Context context = new Context(strategy); context.doAnything(); } } ``` 在实际的应用场景中，策略模式常常与工厂模式相结合以提高代码的灵活性和解耦。例如，在Spring框架里可以通过依赖注入的方式将多种实现策略接口的具体类注入到一个工厂类中，并通过该工厂类来管理和获取特定的策略实例。 以下是结合使用Spring框架的一个示例： ```java // 定义策略接口，标记为@Component注解以便于自动扫描和注册成bean @Component public interface Strategy { void doSomething(); } // 策略实现类1，同样被标注了@Component以成为Spring的bean @Component(concreteStrategy1) public class ConcreteStrategy1 implements Strategy { @Override public void doSomething() { System.out.println(具体策略1的运算法则); } } // 策略实现类2 @Component(concreteStrategy2) public class ConcreteStrategy2 implements Strategy { @Override public void doSomething() { System.out.println(具体策略2的运算法则); } } // 创建一个工厂来管理所有的ConcreteStrategy实例，通过bean id获取具体的策略对象 @Component public class StrategyFactory { // Spring会自动将所有实现该接口的类注入到这个Map中 @Autowired private Map strategyMap; public Strategy getStrategy(String name) { return this.strategyMap.get(name); } } // 示例测试代码，展示如何通过策略工厂获取具体的实例并执行其方法 @SpringBootTest class SpringbootDemoApplicationTests { @Autowired private StrategyFactory factory; @Test public void test() { // 根据名称从工厂中获取对应的ConcreteStrategy对象，并调用doSomething方法。 this.factory.getStrategy(concreteStrategy1).doSomething(); } } ``` 通过这种方式，可以大大增强代码的灵活性和可维护性。