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主要的软件设计模式及其在Kotlin中的实现示例

news 2025/7/22 5:49:37

软件设计模式（Software Design Patterns）是面向对象设计中常用的解决方案，它们为常见的软件设计问题提供了一些被证明有效的解决方案。以下是一些主要的软件设计模式及其在Kotlin中的实现示例。

创建型模式（Creational Patterns）

单例模式（Singleton Pattern）

确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。

object Singleton {init {println("Singleton instance created")}fun doSomething() {println("Doing something")}
}// 使用
fun main() {Singleton.doSomething()
}
工厂模式（Factory Pattern）

定义一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类。

interface Product {fun use()
}class ConcreteProductA : Product {override fun use() {println("Using Product A")}
}class ConcreteProductB : Product {override fun use() {println("Using Product B")}
}class ProductFactory {fun createProduct(type: String): Product {return when (type) {"A" -> ConcreteProductA()"B" -> ConcreteProductB()else -> throw IllegalArgumentException("Unknown product type")}}
}// 使用
fun main() {val factory = ProductFactory()val productA = factory.createProduct("A")productA.use()val productB = factory.createProduct("B")productB.use()
}
抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）

提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要指定具体类。

interface Button {fun click()
}class WindowsButton : Button {override fun click() {println("Windows Button clicked")}
}class MacButton : Button {override fun click() {println("Mac Button clicked")}
}interface GUIFactory {fun createButton(): Button
}class WindowsFactory : GUIFactory {override fun createButton(): Button {return WindowsButton()}
}class MacFactory : GUIFactory {override fun createButton(): Button {return MacButton()}
}// 使用
fun main() {val factory: GUIFactory = WindowsFactory()val button = factory.createButton()button.click()
}
建造者模式（Builder Pattern）

将一个复杂对象的构建与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

class Product private constructor(builder: Builder) {val partA: String?val partB: String?val partC: String?init {partA = builder.partApartB = builder.partBpartC = builder.partC}class Builder {var partA: String? = nullprivate setvar partB: String? = nullprivate setvar partC: String? = nullprivate setfun setPartA(partA: String) = apply { this.partA = partA }fun setPartB(partB: String) = apply { this.partB = partB }fun setPartC(partC: String) = apply { this.partC = partC }fun build() = Product(this)}
}// 使用
fun main() {val product = Product.Builder().setPartA("A").setPartB("B").setPartC("C").build()println("Product parts: ${product.partA}, ${product.partB}, ${product.partC}")
}

结构型模式（Structural Patterns）

适配器模式（Adapter Pattern）

将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以协同工作。

interface Target {fun request()
}class Adaptee {fun specificRequest() {println("Specific request")}
}class Adapter(private val adaptee: Adaptee) : Target {override fun request() {adaptee.specificRequest()}
}// 使用
fun main() {val adaptee = Adaptee()val adapter = Adapter(adaptee)adapter.request()
}
装饰器模式（Decorator Pattern）

动态地将责任附加到对象上，提供了一种灵活替代继承的方法来扩展功能。

interface Component {fun operation()
}class ConcreteComponent : Component {override fun operation() {println("Concrete Component operation")}
}open class Decorator(private val component: Component) : Component {override fun operation() {component.operation()}
}class ConcreteDecorator(component: Component) : Decorator(component) {override fun operation() {super.operation()addedBehavior()}private fun addedBehavior() {println("Added behavior")}
}// 使用
fun main() {val component: Component = ConcreteDecorator(ConcreteComponent())component.operation()
}
代理模式（Proxy Pattern）

为另一个对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。

interface Subject {fun request()
}class RealSubject : Subject {override fun request() {println("RealSubject request")}
}class Proxy(private val realSubject: RealSubject) : Subject {override fun request() {println("Proxy request")realSubject.request()}
}// 使用
fun main() {val realSubject = RealSubject()val proxy = Proxy(realSubject)proxy.request()
}
外观模式（Facade Pattern）

为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，使得子系统更容易使用。

class SubsystemA {fun operationA() {println("Subsystem A operation")}
}class SubsystemB {fun operationB() {println("Subsystem B operation")}
}class Facade {private val subsystemA = SubsystemA()private val subsystemB = SubsystemB()fun operation() {subsystemA.operationA()subsystemB.operationB()}
}// 使用
fun main() {val facade = Facade()facade.operation()
}

行为型模式（Behavioral Patterns）

策略模式（Strategy Pattern）

定义一系列算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可以相互替换。

interface Strategy {fun execute()
}class ConcreteStrategyA : Strategy {override fun execute() {println("Executing Strategy A")}
}class ConcreteStrategyB : Strategy {override fun execute() {println("Executing Strategy B")}
}class Context(private var strategy: Strategy) {fun setStrategy(strategy: Strategy) {this.strategy = strategy}fun executeStrategy() {strategy.execute()}
}// 使用
fun main() {val context = Context(ConcreteStrategyA())context.executeStrategy()context.setStrategy(ConcreteStrategyB())context.executeStrategy()
}
观察者模式（Observer Pattern）

定义对象间的一种一对多的依赖关系，以便当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。

interface Observer {fun update()
}class ConcreteObserver : Observer {override fun update() {println("Observer updated")}
}class Subject {private val observers = mutableListOf<Observer>()fun addObserver(observer: Observer) {observers.add(observer)}fun removeObserver(observer: Observer) {observers.remove(observer)}fun notifyObservers() {for (observer in observers) {observer.update()}}
}// 使用
fun main() {val subject = Subject()val observer = ConcreteObserver()subject.addObserver(observer)subject.notifyObservers()subject.removeObserver(observer)subject.notifyObservers()
}
命令模式（Command Pattern）

将请求封装成对象，从而使得您可以用不同的请求对客户进行参数化。

interface Command {fun execute()
}class ConcreteCommand(private val receiver: Receiver) : Command {override fun execute() {receiver.action()}
}class Receiver {fun action() {println("Receiver action")}
}class Invoker {private lateinit var command: Commandfun setCommand(command: Command) {this.command = command}fun executeCommand() {command.execute()}
}// 使用
fun main() {val receiver = Receiver()val command = ConcreteCommand(receiver)val invoker = Invoker()invoker.setCommand(command)invoker.executeCommand()
}
责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）

使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合。

abstract class Handler {var nextHandler: Handler? = nullfun handleRequest(request: String) {if (canHandle(request)) {process(request)} else {nextHandler?.handleRequest(request)}}protected abstract fun canHandle(request: String): Booleanprotected abstract fun process(request: String)
}class ConcreteHandlerA : Handler() {override fun canHandle(request: String) = request == "A"override fun process(request: String) {println("Handler A processed $request")}
}class ConcreteHandlerB : Handler(){override fun canHandle(request: String) = request == "B"override fun process(request: String) {println("Handler B processed $request")}
}// 使用
fun main() {val handlerA = ConcreteHandlerA()val handlerB = ConcreteHandlerB()handlerA.nextHandler = handlerBhandlerA.handleRequest("A")handlerA.handleRequest("B")
}

这些示例展示了Kotlin中如何实现一些常见的设计模式。每个模式都有其特定的用途和场景，选择适合的模式可以大大提升代码的可维护性和扩展性。

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