跟着AI学习C# Day24

📅 Day 24：设计模式入门（Design Patterns in C#）

✅ 学习目标：

理解什么是 设计模式（Design Pattern）；
掌握设计模式的分类（创建型、结构型、行为型）；
理解常见设计模式的基本原理和使用场景；
学会实现几种最常用的设计模式，如：
- 单例模式（Singleton）
- 工厂模式（Factory / Abstract Factory）
- 策略模式（Strategy）
能够在实际项目中识别并合理应用设计模式；
编写一个结合多个设计模式的示例程序（如支付系统模拟器）。

🧠 一、什么是设计模式？

设计模式（Design Pattern） 是软件开发中一些被广泛认可的、可复用的解决方案模板。它们不是具体的代码，而是一种描述如何组织类和对象来解决特定问题的“套路”。

设计模式 ≠ 框架或库，而是面向对象设计经验的总结。

📘 二、设计模式的三大分类

类别	模式举例	功能
创建型（Creational）	单例、工厂、建造者	控制对象的创建方式
结构型（Structural）	适配器、装饰器、代理	对象与类的组合方式
行为型（Behavioral）	观察者、策略、命令	对象之间的交互与职责分配

🔨 三、常用设计模式详解与示例

1️⃣ 单例模式（Singleton Pattern）

用途：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。

public sealed class Logger
{private static readonly Logger _instance = new Logger();private Logger() { }public static Logger Instance => _instance;public void Log(string message){Console.WriteLine("日志：" + message);}
}

使用：

Logger.Instance.Log("应用程序启动");

✅ 适用场景：日志记录器、数据库连接池、配置管理等。

2️⃣ 工厂模式（Factory Pattern）

用途：将对象的创建逻辑封装到一个类中，调用者无需关心具体类型。

public interface IPaymentProcessor
{void ProcessPayment(decimal amount);
}public class CreditCardProcessor : IPaymentProcessor
{public void ProcessPayment(decimal amount){Console.WriteLine($"信用卡支付：{amount:C}");}
}public class PayPalProcessor : IPaymentProcessor
{public void ProcessPayment(decimal amount){Console.WriteLine($"PayPal 支付：{amount:C}");}
}public class PaymentFactory
{public IPaymentProcessor GetProcessor(string type){return type.ToLower() switch{"creditcard" => new CreditCardProcessor(),"paypal" => new PayPalProcessor(),_ => throw new ArgumentException("不支持的支付方式"),};}
}

使用：

var factory = new PaymentFactory();
IPaymentProcessor processor = factory.GetProcessor("paypal");
processor.ProcessPayment(100.00m);

✅ 适用场景：根据条件动态选择不同实现、统一接口暴露。

3️⃣ 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）

用途：用于创建一组相关或依赖对象家族，适用于多平台/多品牌产品线。

示例：创建 Windows 和 Mac 风格的 UI 控件。

public interface IButton
{void Render();
}public class WindowsButton : IButton
{public void Render() => Console.WriteLine("渲染 Windows 按钮");
}public class MacButton : IButton
{public void Render() => Console.WriteLine("渲染 macOS 按钮");
}public interface IUIFactory
{IButton CreateButton();
}public class WindowsFactory : IUIFactory
{public IButton CreateButton() => new WindowsButton();
}public class MacFactory : IUIFactory
{public IButton CreateButton() => new MacButton();
}

使用：

IUIFactory factory = new MacFactory();
IButton button = factory.CreateButton();
button.Render();  // 输出：渲染 macOS 按钮

✅ 适用场景：跨平台 UI、产品族构建、系统抽象层。

4️⃣ 策略模式（Strategy Pattern）

用途：定义一系列算法，把它们一个个封装起来，并使它们可以互相替换。

public interface IDiscountStrategy
{decimal ApplyDiscount(decimal price);
}public class NoDiscount : IDiscountStrategy
{public decimal ApplyDiscount(decimal price) => price;
}public class TenPercentDiscount : IDiscountStrategy
{public decimal ApplyDiscount(decimal price) => price * 0.9m;
}public class FiftyPercentDiscount : IDiscountStrategy
{public decimal ApplyDiscount(decimal price) => price * 0.5m;
}public class ShoppingCart
{public IDiscountStrategy DiscountStrategy { get; set; }public decimal Checkout(decimal totalPrice){return DiscountStrategy.ApplyDiscount(totalPrice);}
}

使用：

var cart = new ShoppingCart();
cart.DiscountStrategy = new TenPercentDiscount();
decimal finalPrice = cart.Checkout(100m);  // 最终价格：90.00

✅ 适用场景：促销活动、支付方式、排序算法切换等。

💡 四、设计模式选择指南（简单对照）

场景	推荐模式
创建唯一对象	单例
根据条件创建不同类型对象	工厂
多个相关类一起创建	抽象工厂
替换算法或行为	策略
扩展功能而不修改原类	装饰器
对象间通信解耦	观察者
延迟初始化	代理

💪 实战练习：支付系统模拟器

功能要求：

用户可以选择不同的支付方式（信用卡、PayPal）；
可以应用不同的折扣策略（无折扣、10% 折扣、50% 折扣）；
使用工厂模式创建支付处理器；
使用策略模式应用折扣；
输出最终支付金额。

示例代码框架：

class Program
{static void Main(){var paymentFactory = new PaymentFactory();var discountStrategy = new TenPercentDiscount();IPaymentProcessor processor = paymentFactory.GetProcessor("creditcard");var cart = new ShoppingCart(discountStrategy);decimal total = cart.Checkout(200.00m);processor.ProcessPayment(total);}
}