值得永久收藏的 C# 设计模式套路(三)

设计模式套路，完结篇。

今天写写设计模式套路中的最后一部分：行为设计模式。

这是这个系列的最后一篇。前两篇在：

值得永久收藏的 C# 设计模式套路(一)

值得永久收藏的 C# 设计模式套路(二)

如果你没有看过前两篇，建议先去看看前两篇，讲的是设计模式中，创造性设计和结构设计两种模式中的套路。

行为设计模式跟前两种模式从内容上是有区别的。行为设计模式更关注对象之间的通信，以及职责和任务的交互。

一、责任链

名称起得很明显，就是一个链式的责任或任务。为什么要链式呢？是因为请求要沿着多个处理程序往后传递。一个任务，可能要分很多步，又不想把所有的步骤耦合到一个处理程序中处理，就会用到这个套路。

看看代码：

public interface IHandler
{public IHandler SetNext(IHandler handler);public object Handle(object input);
}
public class Handler : IHandler
{private IHandler _handler;public IHandler SetNext(IHandler handler){_handler = handler;return handler;}public virtual object Handle(object input){return _handler?.Handle(input);}
}
public class HandlerA : Handler
{public override object Handle(object input){if (input as string == "A"){Console.WriteLine("HandlerA : just return");return true;}Console.WriteLine("HandlerA : call next handler");return base.Handle(input);}
}
public class HandlerB : Handler
{public override object Handle(object input){if (input as string == "B"){Console.WriteLine("HandlerB : just return");return true;}Console.WriteLine("HandlerB : call next handler");return base.Handle(input);}
}
public class HandlerC : Handler
{public override object Handle(object input){if (input as string == "C"){Console.WriteLine("HandlerC : just return");return true;}Console.WriteLine("HandlerC : end");return base.Handle(input);}
}
public static class Example
{public static void Test(){var handlerA = new HandlerA();var handlerB = new HandlerB();var handlerC = new HandlerC();handlerA.SetNext(handlerB).SetNext(handlerC);var resultOne = handlerA.Handle("A");var resultTwo = handlerA.Handle("B");var resultThree = handlerA.Handle("C");var resultFour = handlerA.Handle("D");}// results A:// HandlerA : just return// results B:// HandlerA : call next handler// HandlerB : just return// results C:// HandlerA : call next handler// HandlerB : call next handler// HandlerC : just return// results D:// HandlerA : call next handler// HandlerB : call next handler// HandlerC : end
}

这里面，重要的是 handlerA.SetNext(handlerB).SetNext(handlerC) 一句。这个在限定链的方向和内容。能理解到这一层，就算是真懂了。

二、命令

这个网上内容很多，Command，通常会跟 Delegate、Event 一起说。

咱们这儿单说这个命令模式。

命令模式是一个非常常用的模式。它的作用，是把请求转换为对象，以便我们可以异步、延迟、队列或者参数化请求，以及做一些可撤销的工作。

代码套路特别简单：

public interface ICommand
{public void Execute();
}
public class DemoCommand : ICommand
{private readonly string _parameter;public DemoCommand(string parameter){_parameter = parameter;}public void Execute(){Console.WriteLine(_parameter);}
}
public static class Invoker
{public static void SendAction(ICommand command){command.Execute();}
}
public static class Example
{public static void Test(){var command = new DemoCommand("Hello WangPlus");Invoker.SendAction(command);}// results:// Hello WangPlus
}

这个 Command 的应用场景特别多，建议大家理解透彻。我们在做 SDK 或类库的时候，会经常有类库内实现业务逻辑，而调用端实现数据交互的情况，用的就是命令模式。举个例子说：做个认证授权的类库，库里面去实现鉴权和生成 Token 的工作，调用端去判断登录帐号密码的验证。这样做，这个库才能是一个跟数据库和帐号体系无关的通用库。

三、迭代器

这也是一个用得很多的模式。

它最主要的作用，就是遍历集合的元素；而最主要的特性，就是不会暴露数据本身。

看代码：

public abstract class IteratorBase
{public abstract bool EndOfDocument();public abstract object Next();public abstract object First();public abstract object Current();
}
public class Iterator : IteratorBase
{private readonly List<object> _customList;private int current = 0;public Iterator(List<object> customList){_customList = customList;}public override bool EndOfDocument(){if (current >= _customList.Count - 1) return true;return false;}public override object Current(){return _customList[current];}public override object Next(){if (current < _customList.Count - 1) return _customList[++current];return null;}public override object First(){return _customList[0];}
}
public static class Example
{public static void Test(){var demolist = new List<object>() { "a", "b", "c", "d" };var iterator = new Iterator(demolist);var item = iterator.First();while (item != null){Console.WriteLine(item);item = iterator.Next();}if (iterator.EndOfDocument()) Console.WriteLine("Iterate done");}//results:// a// b// c// d// Iterate done
}

如果想了解迭代器的原理、异步及更深的应用，可以去看看我专门讲迭代器的文章一文说通C#中的异步迭代器

四、解释器

这也是行为模式中一个常用的模式，它主要是根据上下文来获取不同的类型和行为。换句话说，相同的内容，针对不同的类型，采取不同的行为。

通常这个模式，用得最多的是多语言的场景。

public class Context
{public string Value{get;private set;}public Context(string value){Value = value;}
}
public abstract class Interpreter
{public abstract void Interpret(Context context);
}
public class EnglishInterpreter : Interpreter
{public override void Interpret(Context context){switch (context.Value){case "1":Console.WriteLine("One");break;case "2":Console.WriteLine("Two");break;}}
}
public class ChineseInterpreter : Interpreter
{public override void Interpret(Context context){switch (context.Value){case "1":Console.WriteLine("一");break;case "2":Console.WriteLine("二");break;}}
}
public static class Example
{public static void Test(){var interpreters = new List<Interpreter>() {new EnglishInterpreter(),new ChineseInterpreter()};var context = new Context("2");interpreters.ForEach(c => c.Interpret(context));}// results:// two// 二
}

上面这个例子是解释器的标准套路。通常我们用的时候，可以配合抽象工厂模式，根据上下文独立加载单个的解释器，这样就能实现类似根据浏览器的设定语言来显示界面语言的代码。

如果用微软的标准库来实现，那这个解释器和抽象工厂已经被包在了库里，使用时只需定义语言对照表就成。但内里的逻辑，还是这个。

五、中介

注意，是中介，不是中间件。这是两个东西，别用混了。

不过，两个原理上有一点相像。中介模式，目的是解耦对象之间的直接通信，并转为从中介对象来传递消息。

也是看代码：

public interface IMediator
{public void Send(string message, Caller caller);
}
public class Mediator : IMediator
{public CallerA CallerA{get;set;}public CallerB CallerB{get;set;}public void Send(string message, Caller caller){if (caller.GetType() == typeof(CallerA)){CallerB.ReceiveRequest(message);}else{CallerA.ReceiveRequest(message);}}
}
public abstract class Caller
{protected readonly IMediator _mediator;public Caller(IMediator mediator){_mediator = mediator;}
}
public class CallerA : Caller
{public void SendRequest(string msg){_mediator.Send(msg, this);}public void ReceiveRequest(string msg){Console.WriteLine("CallerA Received : " + msg);}public CallerA(IMediator mediator) : base(mediator) { }
}
public class CallerB : Caller
{public void SendRequest(string msg){_mediator.Send(msg, this);}public void ReceiveRequest(string msg){Console.WriteLine("CallerB Received : " + msg);}public CallerB(IMediator mediator) : base(mediator) { }
}
public static class Example
{public static void Test(){var mediator = new Mediator();var callerA = new CallerA(mediator);var callerB = new CallerB(mediator);mediator.CallerA = callerA;mediator.CallerB = callerB;callerA.SendRequest("Hello");callerB.SendRequest("WangPlus");}// results:// CallerB Received : Hello// CallerA Received : WangPlus
}

CallerA 和 CallerB 之间没有直接通信，而是经由中介 Mediator 进行了消息传递。

这个模式，最常用的场景是两个现成的类库之间要实现通讯，而不想或没办法修改这两个类库的代码，就可以做一个中介库，来进行数据传递。

六、备忘录

跟名字一样。备忘录模式主要是用来保存对象的状态，并将状态封装，以便在需要时，恢复到前边的状态。

套路是这样的：

public class Memento
{private readonly string _state;public Memento(string state){_state = state;}public string GetState(){return _state;}
}
public class Originator
{public string State{get;set;}public Originator(string state){State = state;}public Memento CreateMemento(){return new Memento(State);}public void RestoreState(Memento memento){State = memento.GetState();}
}
public class Taker
{private Memento _memento;public void SaveMemento(Originator originator){_memento = originator.CreateMemento();}public void RestoreMemento(Originator originator){originator.RestoreState(_memento);}
}public static class Example
{public static void Test(){var originator = new Originator("First State");var careTaker = new Taker();careTaker.SaveMemento(originator);Console.WriteLine(originator.State);originator.State = "Second State";Console.WriteLine(originator.State);careTaker.RestoreMemento(originator);Console.WriteLine(originator.State);}// results:// First State// Second State// First State
}

这个代码看着复杂，其实核心就一点：在改变状态前，先把状态在对象之外保存下来。

你细品。

七、观察者

观察者模式主要处理的是对象间一对多的通信。如果一个对象的状态发生了变化，依赖对象会发出通知并进行更新。

public class Updater
{public string NewState{get;}private readonly List<ObserverBase> _observers = new List<ObserverBase>();public Updater(string newState){NewState = newState;}public void AddObserver(ObserverBase observerBase){_observers.Add(observerBase);}public void BroadCast(){foreach (var observer in _observers){observer.Update();}}
}
public abstract class ObserverBase
{public abstract void Update();
}
public class Observer : ObserverBase
{private readonly string _name;public string State;private readonly Updater _updater;public Observer(string name, string state, Updater updater){_name = name;State = state;_updater = updater;}public override void Update(){State = _updater.NewState;Console.WriteLine($"Observer {_name} State Changed to : " + State);}
}
public static class Example
{public static void Test(){var updater = new Updater("WangPlus");updater.AddObserver(new Observer("1", "WangPlus1", updater));updater.AddObserver(new Observer("2", "WangPlus2", updater));updater.AddObserver(new Observer("3", "WangPlus3", updater));updater.BroadCast();}// results:// Observer 1 State Changed to : WangPlus// Observer 2 State Changed to : WangPlus// Observer 3 State Changed to : WangPlus
}

好吧，这个代码各上面备忘录模式的代码有点像。事实上，这两个模式的主要区别，一个是一对一，一个是一对多。

至于为什么两个模式的名称区别这么大，说实话，我也不知道。在我的概念中，这两个模式是可以混着用的。经验来说，备忘录模式我用得更多些。

八、状态

状态模式也是一个常用的模式。

状态模式，和最前面的责任链模式，两个有点类似。状态模式更直接，就是状态改变时，同步改变行为。

这两个模式，在很多情况下，可以有效减少 if…else 的分支数量。所以，看上去就又高大上了：）

上套路：

public interface IState
{public void Handle(Context context);
}
public class StateA : IState
{public void Handle(Context context){context.State = new StateB();}
}
public class StateB : IState
{public void Handle(Context context){context.State = new StateA();}
}
public class Context
{private IState _state;public IState State{get => _state;set{_state = value;Console.WriteLine("State: " + _state.GetType().Name);}}public Context(IState state){State = state;}public void Action(){State.Handle(this);}
}
public static class Example
{public static void Test(){var context = new Context(new StateA());context.Action();context.Action();context.Action();context.Action();}// results:// State: StateA// State: StateB// State: StateA// State: StateB// State: StateA
}

看懂了吗？

如果把里面的 IState 换成 IHandler，那就是一个责任链。区别就是一个是数据，一个是方法，除此之外都一样。

所以，还是我老说的那句话：不要关心名称，要关心实质。在现代开发中，数据、方法、对象，其实都在趋向大一统的。明白这个道理，你就通了。

九、策略

策略模式主要是用来封装算法族并使它们可互换，所以它们可以独立地进行更改，而不需要任何紧密耦合。

对，又是一个以解耦为目的的架构。

public interface IStrategy
{public void AlgorithmAction();
}
public class AlgorithmStrategyA : IStrategy
{public void AlgorithmAction(){Console.WriteLine("This is Algorithm A");}
}
public class AlgorithmStrategyB : IStrategy
{public void AlgorithmAction(){Console.WriteLine("This is Algorithm B");}
}
public class Context
{private readonly IStrategy _strategy;public Context(IStrategy strategy){_strategy = strategy;}public void GeneralAction(){_strategy.AlgorithmAction();}
}
public static class Example
{public static void Test(){var context = new Context(new AlgorithmStrategyA());context.GeneralAction();context = new Context(new AlgorithmStrategyB());context.GeneralAction();}// results:// This is Algorithm A// This is Algorithm A
}

这个模式的核心是上下文中的 IStrategy，这本身是一个抽象，这个抽象对应的实体里，才是算法的实现。

一个标准的模式。

十、模板

模板模式是面向对象的一个基础模式，应用也非常广。

这个模式类似于抽象工厂模式，在基类上建立整体的操作结构，并根据需求的变动，在子类中重写一些操作。

听着很复杂，其实代码一看就明白：

public abstract class TemplateBase
{public void Operate(){FirstAction();SecondAction();}private void FirstAction(){Console.WriteLine("First action from template base");}protected virtual void SecondAction(){Console.WriteLine("Second action from template base");}
}
public class TemplateA : TemplateBase { }
public class TemplateB : TemplateBase
{protected override void SecondAction(){Console.WriteLine("Second action from template B");}
}
public class TemplateC : TemplateBase
{protected override void SecondAction(){Console.WriteLine("Second action from template B");}
}
public static class Example
{public static void Test(){var templateMethodA = new TemplateA();var templateMethodB = new TemplateB();var templateMethodC = new TemplateC();templateMethodA.Operate();templateMethodB.Operate();templateMethodC.Operate();}// results:// First action from template base// Second action from template base// First action from template base// Second action from template B// First action from template base// Second action from template B
}

很简单，对吧？

十一、访问者

访问者模式，是上面模板模式的一个变形，目的一样，在不修改基类代码的情况下，向子类的层次结构中添加新的方法和行为。

看代码：

public interface IVisitor
{public void VisitItem(ItemBase item);
}
public class VisitorA : IVisitor
{public void VisitItem(ItemBase item){Console.WriteLine("{0} visited by {1}", item.GetType().Name, this.GetType().Name);}
}
public class VisitorB : IVisitor
{public void VisitItem(ItemBase item){Console.WriteLine("{0} visited by {1}", item.GetType().Name, this.GetType().Name);}
}
public abstract class ItemBase
{public abstract void Accept(IVisitor visitor);
}
public class ItemA : ItemBase
{public override void Accept(IVisitor visitor){visitor.VisitItem(this);}public void ExtraOperationA() { }
}
public class ItemB : ItemBase
{public override void Accept(IVisitor visitor){visitor.VisitItem(this);}public void ExtraOperationB() { }
}
public class StructureBuilder
{readonly List<ItemBase> _items = new List<ItemBase>();public void AddItem(ItemBase element){_items.Add(element);}public void Accept(IVisitor visitor){foreach (var item in _items){item.Accept(visitor);}}
}
public static class Example
{public static void Test(){var structure = new StructureBuilder();structure.AddItem(new ItemA());structure.AddItem(new ItemB());structure.Accept(new VisitorA());structure.Accept(new VisitorB());}//results://ItemA visited by VisitorA//ItemB visited by VisitorA//ItemA visited by VisitorB//ItemB visited by VisitorB
}

访问者模式扩展了模板模式，扩展性、复用性、灵活性更好，而且非常体现单一职责原则。