一個UML類圖
uml_class_struct.jpg
類之間的關系
- 類的繼承結構表現在UML中為：泛化(generalize)與實現(realize)
泛化關系(generalization)
- 泛化關系用一條帶空心箭頭的直接表示；
- eg:汽車與SUV之間為泛化關系；
實現關系(realize)
- 實現關系用一條帶空心箭頭的虛線表示；
- eg：”車”為一個抽象概念，在現實中并無法直接用來定義對象；只有指明具體的子類(汽車還是自行車)，才可以用來定義對象
聚合關系(aggregation)
- 聚合關系用一條帶空心菱形箭頭的直線表示
- 學生聚合到班級上，或者說班級由學生組成
- 與組合關系不同的是，整體和部分不是強依賴的，即使整體不存在了，部分仍然存在；例如， 部門撤銷了，人員不會消失，他們依然存在；
組合關系(composition)
- 組合關系用一條帶實心菱形箭頭直線表示，如下圖表示發動機組成小汽車，或者小汽車由發動機組成；
- 組合關系是一種強依賴的特殊聚合關系，如果整體不存在了，則部分也不存在了；例如， 公司不存在了，部門也將不存在了；
關聯關系(association)
- 關聯關系是用一條直線表示的；它描述不同類的對象之間的結構關系；它是一種靜態關系， 通常與運行狀態無關，一般由常識等因素決定的；它一般用來定義對象之間靜態的、天然的結構； 所以，關聯關系是一種“強關聯”的關系；
- 關聯關系默認不強調方向，表示對象間相互知道；如果特別強調方向，如下圖，表示A知道B，但 B不知道A；
- 關聯對象通常是以成員變量的形式實現的；
依賴關系(dependency)
- 與關聯關系不同的是，它是一種臨時性的關系，通常在運行期間產生，并且隨著運行時的變化； 依賴關系也可能發生變化；
- 依賴也有方向，雙向依賴是一種非常糟糕的結構，我們總是應該保持單向依賴，杜絕雙向依賴的產生；
- 依賴關系體現為類構造方法及類方法的傳入參數，箭頭的指向為調用關系；依賴關系除了臨時知道對方外，還是“使用”對方的方法和屬性；
時序圖
- 時序圖（Sequence Diagram）是顯示對象之間交互的圖，這些對象是按時間順序排列的。時序圖中顯示的是參與交互的對象及其對象之間消息交互的順序。
- 時序圖包括的建模元素主要有：對象（Actor）、生命線（Lifeline）、控制焦點（Focus of control）、消息（Message）等等。
創建型模式
創建型模式(Creational Pattern)對類的實例化過程進行了抽象，能夠將軟件模塊中對象的創建和對象的使用分離。為了使軟件的結構更加清晰，外界對于這些對象只需要知道它們共同的接口，而不清楚其具體的實現細節，使整個系統的設計更加符合單一職責原則。
創建型模式在創建什么(What)，由誰創建(Who)，何時創建(When)等方面都為軟件設計者提供了盡可能大的靈活性。創建型模式隱藏了類的實例的創建細節，通過隱藏對象如何被創建和組合在一起達到使整個系統獨立的目的。
簡單工廠模式( Simple Factory Pattern )
1. 模式動機
考慮一個簡單的軟件應用場景，一個軟件系統可以提供多個外觀不同的按鈕（如圓形按鈕、矩形按鈕、菱形按鈕等）， 這些按鈕都源自同一個基類，不過在繼承基類后不同的子類修改了部分屬性從而使得它們可以呈現不同的外觀，如果我們希望在使用這些按鈕時，不需要知道這些具體按鈕類的名字，只需要知道表示該按鈕類的一個參數，并提供一個調用方便的方法，把該參數傳入方法即可返回一個相應的按鈕對象，此時，就可以使用簡單工廠模式。
2. 模式定義
簡單工廠模式(Simple Factory Pattern)：又稱為靜態工廠方法(Static Factory Method)模式，它屬于類創建型模式。在簡單工廠模式中，可以根據參數的不同返回不同類的實例。簡單工廠模式專門定義一個類來負責創建其他類的實例，被創建的實例通常都具有共同的父類。
3. 模式結構
Factory：工廠角色
工廠角色負責實現創建所有實例的內部邏輯Product：抽象產品角色
抽象產品角色是所創建的所有對象的父類，負責描述所有實例所共有的公共接口Concrete_Product：具體產品角色
具體產品角色是創建目標，所有創建的對象都充當這個角色的某個具體類的實例
4. 代碼
#include "Factory.h"
#include "ConcreteProductA.h"
#include "ConcreteProductB.h"
Product* Factory::createProduct(string proname){
if ( "A" == proname )
{
return new ConcreteProductA();
}
else if("B" == proname)
{
return new ConcreteProductB();
}
return NULL;
}
5. 模式分析
- 將對象的創建和對象本身業務處理分離可以降低系統的耦合度，使得兩者修改起來都相對容易。
- 在調用工廠類的工廠方法時，由于工廠方法是靜態方法，使用起來很方便，可通過類名直接調用，而且只需要傳入一個簡單的參數即可，在實際開發中，還可以在調用時將所傳入的參數保存在XML等格式的配置文件中，修改參數時無須修改任何源代碼。
- 簡單工廠模式最大的問題在于工廠類的職責相對過重，增加新的產品需要修改工廠類的判斷邏輯，這一點與開閉原則是相違背的。
- 簡單工廠模式的要點在于：當你需要什么，只需要傳入一個正確的參數，就可以獲取你所需要的對象，而無須知道其創建細節。
6. 簡單工廠模式的優點
- 工廠類含有必要的判斷邏輯，可以決定在什么時候創建哪一個產品類的實例，客戶端可以免除直接創建產品對象的責任，而僅僅“消費”產品；簡單工廠模式通過這種做法實現了對責任的分割，它提供了專門的工廠類用于創建對象。
- 客戶端無須知道所創建的具體產品類的類名，只需要知道具體產品類所對應的參數即可，對于一些復雜的類名，通過簡單工廠模式可以減少使用者的記憶量。
- 通過引入配置文件，可以在不修改任何客戶端代碼的情況下更換和增加新的具體產品類，在一定程度上提高了系統的靈活性。
7. 簡單工廠模式的缺點
- 由于工廠類集中了所有產品創建邏輯，一旦不能正常工作，整個系統都要受到影響。
- 使用簡單工廠模式將會增加系統中類的個數，在一定程序上增加了系統的復雜度和理解難度。
- 系統擴展困難，一旦添加新產品就不得不修改工廠邏輯，在產品類型較多時，有可能造成工廠邏輯過于復雜，不利于系統的擴展和維護。
- 簡單工廠模式由于使用了靜態工廠方法，造成工廠角色無法形成基于繼承的等級結構。
8. 適用環境
- 工廠類負責創建的對象比較少：由于創建的對象較少，不會造成工廠方法中的業務邏輯太過復雜。
- 客戶端只知道傳入工廠類的參數，對于如何創建對象不關心：客戶端既不需要關心創建細節，甚至連類名都不需要記住，只需要知道類型所對應的參數。
9. 模式的應用
- JDK類庫中廣泛使用了簡單工廠模式，如工具類java.text.DateFormat，它用于格式化一個本地日期或者時間。
public final static DateFormat getDateInstance();
public final static DateFormat getDateInstance(int style);
public final static DateFormat getDateInstance(int style,Locale
locale);
- Java加密技術 獲取不同加密算法的密鑰生成器
KeyGenerator keyGen=KeyGenerator.getInstance("DESede"); - 創建密碼器:
Cipher cp=Cipher.getInstance("DESede");
10.總結
- 創建型模式對類的實例化過程進行了抽象，能夠將對象的創建與對象的使用過程分離。
簡單工廠模式又稱為靜態工廠方法模式，它屬于類創建型模式。在簡單工廠模式中，可以根據參數的不同返回不同類的實例。簡單工廠模式專門定義一個類來負責創建其他類的實例，被創建的實例通常都具有共同的父類。 - 簡單工廠模式包含三個角色：工廠角色負責實現創建所有實例的內部邏輯；抽象產品角色是所創建的所有對象的父類，負責描述所有實例所共有的公共接口；具體產品角色是創建目標，所有創建的對象都充當這個角色的某個具體類的實例。
- 簡單工廠模式的要點在于：當你需要什么，只需要傳入一個正確的參數，就可以獲取你所需要的對象，而無須知道其創建細節。
- 簡單工廠模式最大的優點在于實現對象的創建和對象的使用分離，將對象的創建交給專門的工廠類負責，但是其最大的缺點在于工廠類不夠靈活，增加新的具體產品需要修改工廠類的判斷邏輯代碼，而且產品較多時，工廠方法代碼將會非常復雜。
- 簡單工廠模式適用情況包括：工廠類負責創建的對象比較少；客戶端只知道傳入工廠類的參數，對于如何創建對象不關心。
工廠方法模式(Factory Method Pattern)
1. 模式動機
- 現在對該系統進行修改，不再設計一個按鈕工廠類來統一負責所有產品的創建，而是將具體按鈕的創建過程交給專門的工廠子類去完成，我們先定義一個抽象的按鈕工廠類，再定義具體的工廠類來生成圓形按鈕、矩形按鈕、菱形按鈕等，它們實現在抽象按鈕工廠類中定義的方法。這種抽象化的結果使這種結構可以在不修改具體工廠類的情況下引進新的產品，如果出現新的按鈕類型，只需要為這種新類型的按鈕創建一個具體的工廠類就可以獲得該新按鈕的實例，這一特點無疑使得工廠方法模式具有超越簡單工廠模式的優越性，更加符合“開閉原則”。
2. 模式定義
- 工廠方法模式(Factory Method Pattern)又稱為工廠模式，也叫虛擬構造器(Virtual Constructor)模式或者多態工廠(Polymorphic Factory)模式，它屬于類創建型模式。在工廠方法模式中，工廠父類負責定義創建產品對象的公共接口，而工廠子類則負責生成具體的產品對象，這樣做的目的是將產品類的實例化操作延遲到工廠子類中完成，即通過工廠子類來確定究竟應該實例化哪一個具體產品類。
3.模式結構
- 工廠方法模式包含如下角色：
Product：抽象產品
ConcreteProduct：具體產品
Factory：抽象工廠
ConcreteFactory：具體工廠
3. 代碼
#include "ConcreteFactory.h"
#include "ConcreteProduct.h"
Product* ConcreteFactory::factoryMethod(){
return new ConcreteProduct();
}
#include "Factory.h"
#include "ConcreteFactory.h"
#include "Product.h"
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
Factory * fc = new ConcreteFactory();
Product * prod = fc->factoryMethod();
prod->use();
delete fc;
delete prod;
return 0;
}
4.模式分析
- 工廠方法模式是簡單工廠模式的進一步抽象和推廣。由于使用了面向對象的多態性，工廠方法模式保持了簡單工廠模式的優點，而且克服了它的缺點。在工廠方法模式中，核心的工廠類不再負責所有產品的創建，而是將具體創建工作交給子類去做。這個核心類僅僅負責給出具體工廠必須實現的接口，而不負責哪一個產品類被實例化這種細節，這使得工廠方法模式可以允許系統在不修改工廠角色的情況下引進新產品。
5. 模式實例
loger.jpg
- 日志記錄器
某系統日志記錄器要求支持多種日志記錄方式，如文件記錄、數據庫記錄等，且用戶可以根據要求動態選擇日志記錄方式， 現使用工廠方法模式設計該系統。
6. 工廠模式的優點
- 在工廠方法模式中，工廠方法用來創建客戶所需要的產品，同時還向客戶隱藏了哪種具體產品類將被實例化這一細節，用戶只需要關心所需產品對應的工廠，無須關心創建細節，甚至無須知道具體產品類的類名。
- 基于工廠角色和產品角色的多態性設計是工廠方法模式的關鍵。它能夠使工廠可以自主確定創建何種產品對象，而如何創建這個對象的細節則完全封裝在具體工廠內部。工廠方法模式之所以又被稱為多態工廠模式，是因為所有的具體工廠類都具有同一抽象父類。
- 使用工廠方法模式的另一個優點是在系統中加入新產品時，無須修改抽象工廠和抽象產品提供的接口，無須修改客戶端，也無須修改其他的具體工廠和具體產品，而只要添加一個具體工廠和具體產品就可以了。這樣，系統的可擴展性也就變得非常好，完全符合“開閉原則”。
7.工廠模式的缺點
- 在添加新產品時，需要編寫新的具體產品類，而且還要提供與之對應的具體工廠類，系統中類的個數將成對增加，在一定程度上增加了系統的復雜度，有更多的類需要編譯和運行，會給系統帶來一些額外的開銷。
- 由于考慮到系統的可擴展性，需要引入抽象層，在客戶端代碼中均使用抽象層進行定義，增加了系統的抽象性和理解難度，且在實現時可能需要用到DOM、反射等技術，增加了系統的實現難度
8.適用環境
- 一個類不知道它所需要的對象的類：在工廠方法模式中，客戶端不需要知道具體產品類的類名，只需要知道所對應的工廠即可，具體的產品對象由具體工廠類創建；客戶端需要知道創建具體產品的工廠類。
- 一個類通過其子類來指定創建哪個對象：在工廠方法模式中，對于抽象工廠類只需要提供一個創建產品的接口，而由其子類來確定具體要創建的對象，利用面向對象的多態性和里氏代換原則，在程序運行時，子類對象將覆蓋父類對象，從而使得系統更容易擴展。
- 將創建對象的任務委托給多個工廠子類中的某一個，客戶端在使用時可以無須關心是哪一個工廠子類創建產品子類，需要時再動態指定，可將具體工廠類的類名存儲在配置文件或數據庫中。
9.模式的擴展
- 使用多個工廠方法：在抽象工廠角色中可以定義多個工廠方法，從而使具體工廠角色實現這些不同的工廠方法，這些方法可以包含不同的業務邏輯，以滿足對不同的產品對象的需求。
- 產品對象的重復使用：工廠對象將已經創建過的產品保存到一個集合（如數組、List等）中，然后根據客戶對產品的請求，對集合進行查詢。如果有滿足要求的產品對象，就直接將該產品返回客戶端；如果集合中沒有這樣的產品對象，那么就創建一個新的滿足要求的產品對象，然后將這個對象在增加到集合中，再返回給客戶端。
- 多態性的喪失和模式的退化：如果工廠僅僅返回一個具體產品對象，便違背了工廠方法的用意，發生退化，此時就不再是工廠方法模式了。一般來說，工廠對象應當有一個抽象的父類型，如果工廠等級結構中只有一個具體工廠類的話，抽象工廠就可以省略，也將發生了退化。當只有一個具體工廠，在具體工廠中可以創建所有的產品對象，并且工廠方法設計為靜態方法時，工廠方法模式就退化成簡單工廠模式。
10.總結
- 工廠方法模式又稱為工廠模式，它屬于類創建型模式。在工廠方法模式中，工廠父類負責定義創建產品對象的公共接口，而工廠子類則負責生成具體的產品對象，這樣做的目的是將產品類的實例化操作延遲到工廠子類中完成，即通過工廠子類來確定究竟應該實例化哪一個具體產品類。
- 工廠方法模式包含四個角色：抽象產品是定義產品的接口，是工廠方法模式所創建對象的超類型，即產品對象的共同父類或接口；具體產品實現了抽象產品接口，某種類型的具體產品由專門的具體工廠創建，它們之間往往一一對應；抽象工廠中聲明了工廠方法，用于返回一個產品，它是工廠方法模式的核心，任何在模式中創建對象的工廠類都必須實現該接口；具體工廠是抽象工廠類的子類，實現了抽象工廠中定義的工廠方法，并可由客戶調用，返回一個具體產品類的實例。
- 工廠方法模式是簡單工廠模式的進一步抽象和推廣。由于使用了面向對象的多態性，工廠方法模式保持了簡單工廠模式的優點，而且克服了它的缺點。在工廠方法模式中，核心的工廠類不再負責所有產品的創建，而是將具體創建工作交給子類去做。這個核心類僅僅負責給出具體工廠必須實現的接口，而不負責產品類被實例化這種細節，這使得工廠方法模式可以允許系統在不修改工廠角色的情況下引進新產品。
- 工廠方法模式的主要優點是增加新的產品類時無須修改現有系統，并封裝了產品對象的創建細節，系統具有良好的靈活性和可擴展性；其缺點在于增加新產品的同時需要增加新的工廠，導致系統類的個數成對增加，在一定程度上增加了系統的復雜性。
- 工廠方法模式適用情況包括：一個類不知道它所需要的對象的類；一個類通過其子類來指定創建哪個對象；將創建對象的任務委托給多個工廠子類中的某一個，客戶端在使用時可以無須關心是哪一個工廠子類創建產品子類，需要時再動態指定
