值得永久收藏的C#设计模式套路(三)

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。

十二、总结

模式套路这就算是写完了，居然用了三篇文章才写完。

有没有感觉？所有的模式，都是为了解耦。解耦的目的，是为了把一个系统分成更细的组件。细分组件更适合大团队的开发。而大团队的技术架构，更容易在网上的各种文章中有所体现。

所以，也跟大家提个醒：所有的架构都是需要熟悉和掌握的，这叫面试必备的知识。在实际应用中，如果架构熟悉，所有的程序看着会更富有逻辑，而如果不熟悉架构，那看使用架构写出来的代码，会是一场恶梦。

成长在于一点点的积累，于大家，于我，都一样。