C#中的设计模式有哪些?23种设计模式在C#项目中的实战应用解析

小老鼠
发布: 2025-11-26 19:18:11
原创
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答案:C#中23种设计模式分为创建型、结构型和行为型三类,涵盖单例、工厂方法、抽象工厂、建造者、原型等创建型模式用于对象创建;适配器、桥接、装饰器等结构型模式处理对象组合;责任链、命令、观察者等行为型模式管理对象交互;.NET框架已内置部分模式如事件(观察者)、IEnumerable(迭代器),合理应用可提升代码可维护性与扩展性。

c#中的设计模式有哪些?23种设计模式在c#项目中的实战应用解析

设计模式是软件开发中针对常见问题的可复用解决方案。在C#项目中,23种经典设计模式(源自《设计模式:可复用面向对象软件的基础》一书)被广泛应用于提升代码的可维护性、扩展性和解耦程度。以下是对这23种设计模式在C#中的分类解析与实战应用场景说明。

创建型模式(Creational Patterns)

这类模式关注对象的创建机制,帮助系统独立于对象的创建、组合和表示方式。

1. 单例模式(Singleton)

确保一个类只有一个实例,并提供全局访问点。常用于日志记录器、配置管理器或数据库连接池。

C# 实战示例:使用静态构造函数保证线程安全。

public sealed class Logger
{
    private static readonly Logger _instance = new Logger();
    static Logger() { }
    private Logger() { }
    public static Logger Instance => _instance;
}
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2. 工厂方法模式(Factory Method)

定义一个创建对象的接口,但由子类决定实例化哪个类。适用于多种数据导出场景(如PDF、Excel导出)。

应用场景:订单处理系统中根据订单类型创建不同的处理器

3. 抽象工厂模式(Abstract Factory)

提供一个创建一系列相关或依赖对象的接口,而无需指定具体类。适合多主题UI控件库(如深色/浅色主题按钮、文本框)。

C# 实现:通过接口返回控件族,客户端不关心具体实现。

4. 建造者模式(Builder)

将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。常用于构造复杂的DTO或消息对象。

实战:构建HTTP请求对象(含Header、Body、Method等)。

5. 原型模式(Prototype)

通过复制现有对象来创建新对象,避免重复初始化。适用于配置模板克隆或游戏中的敌人AI行为复制。

C# 中可用 ICloneable 接口实现,注意深拷贝与浅拷贝区别。

结构型模式(Structural Patterns)

这类模式处理类或对象的组合,形成更大的结构。

6. 适配器模式(Adapter)

将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。常用于集成第三方库或遗留系统封装。

案例:将老式支付网关接口适配为统一的新接口供系统调用。

7. 桥接模式(Bridge)

分离抽象部分与实现部分,使它们可以独立变化。适合图形绘制系统(形状+渲染平台)。

优势:避免类爆炸,如 Circle + WindowsRenderer、LinuxRenderer 等组合。

8. 装饰器模式(Decorator)

动态地给对象添加功能,替代继承。广泛用于 ASP.NET Core 中间件、IO 流包装。

例子:FileStream 可被 BufferedStream、CryptoStream 层层装饰。

9. 组合模式(Composite)

将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。适用于文件系统、菜单系统或组织架构建模。

C# 实现:Directory 和 File 都实现 IFileSystemNode 接口。

10. 外观模式(Facade)

为子系统中的一组接口提供一个统一的高层接口。简化复杂系统的使用。

实战:电商下单服务封装库存、支付、物流等多个服务调用。

11. 享元模式(Flyweight)

共享细粒度对象以有效支持大量小对象。适用于文本编辑器中的字符样式共享。

注意:需区分内部状态(共享)与外部状态(传参)。

12. 代理模式(Proxy)

为其他对象提供一种代理以控制对它的访问。常见于远程代理、虚拟代理、保护代理。

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应用:WCF 客户端代理、延迟加载图片的占位代理。

行为型模式(Behavioral Patterns)

这类模式关注对象之间的职责分配和通信机制。

13. 责任链模式(Chain of Responsibility)

多个对象依次处理请求,直到有一个对象处理它。适合审批流程、异常处理链。

C# 实现:每个处理器持有下一个处理器引用,形成链条。

14. 命令模式(Command)

将请求封装为对象,支持参数化、撤销、日志等功能。适用于菜单命令、宏操作。

例子:文本编辑器中的 Undo/Redo 功能通过命令实现。

15. 解释器模式(Interpreter)

定义语言的文法,并建立解释器来解释该语言中的句子。适合简单的规则引擎或表达式计算。

局限:对于复杂语法建议使用 ANTLR 等工具替代。

16. 迭代器模式(Iterator)

提供一种方法顺序访问聚合对象中的各个元素,而不暴露其内部表示。C# 中 IEnumerable 和 IEnumerator 是原生支持。

优势:foreach 语句底层依赖此模式。

17. 中介者模式(Mediator)

用一个中介对象封装一系列对象之间的交互,降低耦合。适用于聊天室、UI组件通信。

实战:窗体中多个控件通过中介协调状态变化。

18. 备忘录模式(Memento)

在不破坏封装性的前提下捕获并外部化对象的内部状态,以便之后恢复。用于实现撤销功能。

实现:保存对象快照,如文档编辑器的历史版本。

19. 观察者模式(Observer)

定义对象间的一对多依赖关系,当一个对象改变状态时,所有依赖者自动更新。C# 中事件(event)机制天然支持。

典型应用:MVVM 中 ViewModel 通知 View 更新(INotifyPropertyChanged)。

20. 状态模式(State)

允许对象在其内部状态改变时改变其行为。适用于订单状态机(待付款、已发货、已完成)。

优点:避免大量 if-else 判断状态转移逻辑。

21. 策略模式(Strategy)

定义一系列算法,将其封装起来,并使它们可以互换。适合不同排序、压缩、认证方式切换。

实战:根据不同用户等级选择不同的折扣计算策略。

22. 模板方法模式(Template Method)

定义一个操作中的算法骨架,而将一些步骤延迟到子类中。常见于框架设计。

例子:BaseService 中定义通用流程,子类实现特定业务逻辑。

23. 访问者模式(Visitor)

表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作,它使你可以在不改变各元素类的前提下定义新操作。

适用场景:报表生成、持久化操作遍历对象结构。

注意:增加新元素较困难,适合稳定对象结构。

基本上就这些。在实际 C# 项目中,并非所有模式都需要手动实现,.NET 框架本身已内建许多模式(如事件=观察者,IEnumerable=迭代器)。关键是理解意图,在合适场景选择合适模式,避免过度设计。合理使用,代码会更清晰、灵活、易于维护。

以上就是C#中的设计模式有哪些?23种设计模式在C#项目中的实战应用解析的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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