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設計模式 (Design Patterns)

簡介

設計模式是軟體工程中解決常見問題的可重複使用的解決方案。這些模式代表了經過驗證的最佳實踐，由經驗豐富的開發者歸納整理而成。

為什麼學習設計模式？

  1. 提高程式碼品質：設計模式幫助建立更加靈活、可維護和可重用的程式碼
  2. 改善溝通：提供開發者之間的共同語言
  3. 解決常見問題：避免重新發明輪子
  4. 提升設計能力：學習前人的經驗和智慧

設計模式分類

創建型模式 (Creational Patterns)

  • Singleton 單例模式：確保類別只有一個實例
  • Factory Method 工廠方法模式：定義創建物件的介面
  • Abstract Factory 抽象工廠模式：提供創建相關物件家族的介面
  • Builder 建造者模式：分離複雜物件的建構和表示
  • Prototype 原型模式：透過複製現有實例創建新物件

結構型模式 (Structural Patterns)

  • Adapter 適配器模式：讓不相容的介面能夠合作
  • Bridge 橋接模式：將抽象與實現分離
  • Composite 組合模式：將物件組合成樹狀結構
  • Decorator 裝飾者模式：動態地給物件添加新功能
  • Facade 外觀模式：為子系統提供統一的介面
  • Flyweight 享元模式：共享大量細粒度物件
  • Proxy 代理模式：為其他物件提供代理或佔位符

行為型模式 (Behavioral Patterns)

  • Chain of Responsibility 責任鏈模式：避免請求發送者與接收者耦合
  • Command 命令模式：將請求封裝為物件
  • Iterator 迭代器模式：提供順序訪問集合元素的方法
  • Mediator 中介者模式：定義物件間的交互方式
  • Memento 備忘錄模式：在不破壞封裝的前提下捕獲和恢復物件狀態
  • Observer 觀察者模式：定義物件間的一對多依賴關係
  • State 狀態模式：允許物件在內部狀態改變時改變行為
  • Strategy 策略模式：定義一系列演算法並使其可以互換
  • Template Method 模板方法模式：定義演算法骨架，將某些步驟延遲到子類
  • Visitor 訪問者模式：將演算法與物件結構分離

學習資源

經典書籍

  1. 《設計模式：可復用物件導向軟體的基礎》 - Gang of Four (GoF)

    • 設計模式的開山之作，定義了 23 個經典設計模式

  2. 《Head First 設計模式》

    • 以輕鬆有趣的方式講解設計模式，適合初學者

  3. 《重構：改善既有程式的設計》 - Martin Fowler

    • 講解如何透過重構改善程式碼設計

線上資源

  1. Refactoring.Guru

    • https://refactoring.guru/design-patterns
    • 提供圖解說明和多種程式語言的實現範例

  2. Source Making

    • https://sourcemaking.com/design_patterns
    • 詳細解釋每個設計模式的應用場景和實現

  3. Design Patterns in Object Oriented Programming

    • https://www.youtube.com/playlist?list=PLrhzvIcii6GNjpARdnO4ueTUAVR9eMBpc
    • Christopher Okhravi 的 YouTube 系列影片

  4. Java Design Patterns

    • https://java-design-patterns.com/
    • 用 Java 實現的設計模式集合，開源專案

實踐建議

  1. 從簡單的模式開始：如 Singleton、Factory、Observer
  2. 理解問題再應用模式：不要為了用模式而用模式
  3. 結合實際專案：在真實場景中練習和應用
  4. 閱讀優秀開源專案：學習他們如何使用設計模式
  5. 重構舊程式碼：嘗試用設計模式改善現有程式碼

SOLID 原則

設計模式的基礎是 SOLID 原則：

  • Single Responsibility Principle (單一職責原則)
  • Open/Closed Principle (開放封閉原則)
  • Liskov Substitution Principle (里氏替換原則)
  • Interface Segregation Principle (介面隔離原則)
  • Dependency Inversion Principle (依賴反轉原則)

注意事項

  1. 避免過度設計：不是所有問題都需要設計模式
  2. 考慮語言特性：某些模式在特定語言中可能有更簡單的實現
  3. 保持簡單：優先選擇簡單直接的解決方案
  4. 持續學習：設計模式不是終點，而是更好設計的起點

相關主題

  • 架構模式 (Architectural Patterns)
  • 反模式 (Anti-patterns)
  • 領域驅動設計 (Domain-Driven Design)
  • 微服務模式 (Microservice Patterns)