Design Patterns這樣學就會了：入門班 Day1 教材

Teddy Chen
July. 20 2013
http://www.teddysoft.tw/
http://teddy-chen-tw.blogspot.tw/
Design Patterns這樣學就會了
入門實作班, Day 1

我是誰
• 2012年7月成立泰迪軟體，從事敏捷開發顧問、教
育訓練、軟體工具導入等服務。
• 2012年6月，出版暢銷書「笑談軟體工程：敏捷方
法的逆襲」。
• 2012年4月起，多次講授Scrum課程，與學員互動氣
氛佳，滿意度高。
• 超過17年design pattern實務經驗，曾在pattern領域
最著名的PLoP國際研討會發表論文。
– PLoP 2004：A Pattern Language for Personal Authoring
in E-Learning.
– Asia PLoP 2011：Emerging Patterns of Continuous
Integration for Cross-Platform Software Development.
• 2009年取得Certified ScrumMaster。
• 2008年4月起迄今，超過4年Scrum實際導入經驗。
• 2008年取得台北科技大學資工博士。
• 2007年起經營「搞笑談軟工」部落格。
Copyright@2013 Teddysoft

Agenda--Day 1
• 認識軟體設計的真正產出物
• 模式的內涵：練習動手寫出一個模式
• 12個物件導向設計觀念與原則
• 設計模式密碼：3 3 23
• GoF設計模式實戰
– Singleton
– Observer
• 快速回顧

Agenda--Day 2
• State
• Facade
• Template Method
• Factory Method
• Abstract Factory
• 快速回顧

Agenda--Day 3
• Strategy
• Command
• Adapter
• Composite
• 快速回顧

認識軟體設計的真正產出物

軟體開發團隊常見的狀況
• Data Structure + Algorithm = Program
– 最高指導原則：反正程式可以動就好了
• 問題
– 分工但不易合作
• 為什麼
– 看不懂也不需要看別人在寫什麼 (反之亦然)
– 聽不懂也不想聽別人在說什麼 (反之亦然)
• 後果
– 軟體無法做大，無法做快

什麼是設計?
• A design is a plan for how to build a thing. To
design is to build a thing in one’s mind but not
yet in the real world.
《POSA volume 5》Copyright@2013 Teddysoft

討論：軟體設計的產出物又是
什麼?

什麼是軟體設計?
• 資料結構 + 演算法?
• Architecture Block Diagrams?
• UML Diagrams?
– Use case diagrams
– Class diagrams
– Sequence diagrams
– State machine diagrams
– …
• 其他答案?

原始碼就是軟體設計
(Source code is the software design)
http://www.developerdotstar.com/mag/articles/reeves_design.html

如果你相信原始碼就是軟體設計
• 程式當然要可以動，但程式不是可以動就
沒事了
• 程式是給人看的，不是給電腦看的
– 可讀性
– 可瞭解性
– 可維護性
– 可擴充性

別人的設計，就是最好的設計

模式的內涵：學會自己動手寫
出模式

Pattern

Pattern
圖片來源: http://www.myschool.hk/image/learning/learning-2-6-1.jpg Copyright@2013 Teddysoft

一再重複出現的東西、事件、現
象，就稱為模式。

Each pattern is a
three-part rule,
which express a
relation between a
certain context, a
problem, and a
solution.

A pattern is a solution to a problem
in a context.

World
Context
Problem
(Requirement,
What)
Solution
(How, How to,
How much)
Machine
A pattern is a solution to a problem in
a context
Problem

先私底下看一個例子
• Context: 你是總統候選人。
• Problem: 明天就是投票日。你的民意支持度
離對手還落後5%。要如何勝選？
• Solution: 準備兩顆子彈，巧妙地打在鮪魚肚
上。受傷之後到熟識的醫院就醫，並立即主
動發布受傷新聞但是在開票前不要公布詳細
傷勢以博取同情。

An Example, Take 1
• Context: 你是經營線上遊戲的業者。
• Problem: 為了快速有產品可以上市，你用高
價搶下國外知名產品的代理權。就在付款之
後不久，國外廠商惡性倒閉。要如何要回你
的簽約金?
• Solution: 找黑道去喬事情。

A pattern is a solution to a
recurring problem in a context.

An Example, Take 2
• Problem: 線上遊戲的市場競爭非常激烈，玩
家的選擇很多，因此傳統需要先付費才可以
玩的遊戲模式，要玩家在尚未入迷之前就先
付費變得越來越困難。要如何讓玩家願意掏
錢出來玩線上遊戲呢?
• Solution: 以永久免費遊戲為噱頭，先讓玩家
上癮，再要求玩家每月付費，否則將關閉遊
戲伺服器。

A pattern is a proven solution to a
recurring problem in a context.

An Example, Take 3
• Problem: 線上遊戲的市場競爭非常激烈，玩
家的選擇很多，因此傳統需要先付費才可以
玩的遊戲模式，要玩家在尚未入迷之前就先
付費變得越來越困難。要如何讓玩家願意掏
錢出來玩線上遊戲呢?
• Solution: 提供免費遊戲，先吸引玩家上癮，
再以販賣道具與周邊商品作為獲利來源。

recurring problem in a specific
context.

An Example, Take 4
• Context: 線上遊戲的市場競爭非常激烈，玩
家的選擇很多，除非你是知名大廠，能推出
曠世巨作，否則以傳統先付費才可以玩的遊
戲模式，要玩家在尚未入迷之前就先付費變
得越來越困難。
• Problem: 要如何讓玩家願意掏錢出來玩線上
遊戲?
• Solution: 提供免費遊戲，先吸引玩家上癮，
再以販賣道具與周邊商品作為獲利來源。

recurring problem in a specific
context, and more.

模式的六大基本元素
• Name : 樣式名稱，增加開發者的設計字彙
• Context: 描述問題發生的地形地物(美容前)
• Problem: 描述問題本身
• Force: 問題的限制或特性
• Solution: 解決問題的方法
• Resulting Context (Consequence): 套用解決方
案之後的結果(美容後)

沒有Context便無法判斷Solution
• Problem: 要如何讓玩家願意掏錢出來玩線
上遊戲?
• Solution:
1. 推出著名大作，玩家不買不可
2. 採用免費遊戲策略，但如果要升級則玩家就
必須要花錢購買道具
3. 推出賭博性線上遊戲

Force是推擠與拉扯Problem的作用力，
也是塑造Solution的決定因素
圖片來源: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/99/Libyen-sandwueste1.jpg Copyright@2013 Teddysoft

Each pattern is a three-part rule, which
expresses a relation between a certain
context, a problem, and a solution.
As an element in the world, each pattern is
a relationship between a certain context, a
certain system of forces which occurs
repeatedly in that context, and a certain
spatial configuration which allows these
forces to resolve themselves.

An Example, Take 5.1
• Context: 線上遊戲的市場競爭非常激烈，玩家的
選擇很多，除非你是知名大廠，能推出曠世巨
作，否則以傳統先付費才可以玩的遊戲模式，
要玩家在尚未入迷之前就先付費變得越來越困
難。
• Problem: 要如何讓玩家在線上遊戲中付費?
• Forces:
– 安裝繁瑣或費時的遊戲將不易吸引玩家試玩，更談
不上收費的可能。
– 若玩家永遠只是付費，將減少他們持續玩同一款遊
戲的意願。
• Solution: 提供免費遊戲，先吸引玩家上癮，再
以販賣道具與周邊商品作為獲利來源。

• Context: 線上遊戲的市場競爭非常激烈，玩家的
選擇很多，因此傳統需要先付費才可以玩的遊
戲模式，要玩家在尚未入迷之前就先付費變得
越來越困難。
• Problem: 要如何讓玩家在線上遊戲中付費?
• Forces:
– 安裝繁瑣或費時的遊戲將不易吸引玩家試玩，更談
不上收費的可能。
– 若玩家永遠只是付費，將減少他們持續玩同一款遊
戲的意願。
• Solution: 提供快速、分段或免安裝的免費遊戲，
先吸引玩家上癮，再以販賣道具與周邊商品作
為獲利來源。提供網路商城，讓玩家可以買賣
道具，以提高遊戲的黏著度。Copyright@2013 Teddysoft

回頭修改 Problem

• Context: 線上遊戲的市場競爭非常激烈，玩家的選
擇很多，因此傳統需要先付費才可以玩的遊戲模式，
要玩家在尚未入迷之前就先付費變得越來越困難。
• Problem: 要如何讓玩家持續在線上遊戲中付費?
• Forces:
– 安裝繁瑣或費時的遊戲將不易吸引玩家試玩，更談不上
收費的可能。
– 若玩家永遠只是付費，將減少他們持續玩同一款遊戲的
意願。
• Solution: 提供快速、分段或免安裝的免費遊戲，先
吸引玩家上癮，再以販賣道具與周邊商品作為獲利
來源。提供網路商城，讓玩家可以買賣道具，以提
高遊戲的黏著度。Copyright@2013 Teddysoft

World
Context
Problem
(Requirement,
What)
Solution
(How, How to,
How much)
Machine
Force告訴我們為什麼模式所要解決的「問題」是一個真正的
問題—為什麼這個問題很難，為什麼需要一個聰明的，甚至
是違反直覺的解決方案。Force也是了解為何會採用此種解決
方案的關鍵。
Problem
force force
force

什麼是設計?
• 設計是決定form、
context，以及兩者
之間的關係。
• 好的設計是form與
context的良好適應
關係。
《Notes on the Synthesis of Form》
Context
Form
force
force
force
force

練習：看一個例子，寫出你所
觀察到的Solution

捷運忠孝新生站

練習：寫出捷運轉乘站的
Force

Resulting Context

An Example, Take 6
• Context: 線上遊戲的市場競爭非常激烈，玩家的選擇很多，因此
傳統需要先付費才可以玩的遊戲模式，要玩家在尚未入迷之前就
先付費變得越來越困難。
• Problem: 要如何讓玩家持續在線上遊戲中付費?
• Forces:
– 安裝繁瑣或費時的遊戲將不易吸引玩家試玩，更談不上收費的可能。
– 若玩家永遠只是付費，將減少他們持續玩同一款遊戲的意願。
• Solution: 提供快速、分段或免安裝的免費遊戲，先吸引玩家上癮，
再以販賣道具與周邊商品作為獲利來源。提供網路商城，讓玩家
可以買賣道具，以提高遊戲的黏著度。
• Resulting Context:
– 玩家使用遊戲的門檻降低，較容易在短期間吸引大量的使用者人數
– 只要使用者人數中的一定比例付費購買道具便可達到損益平衡
– 如果玩家對遊戲反應不佳，或是玩的人數很多但付費人數太少，經
營者可能會血本無歸

Pattern Name

兩種命名方法
• 名詞片語 (Noun-phrase)
– 描述模式所建立或產生的結果
– 例子：Singleton, Command, Model-View-
Controller
• 動詞片語 (Verb-phrase)
– 給定一個指令，描述如何達到模式解決方案所要
求的狀態
– 例子：Don’t Talk to Strangers, Separate Material
Preparation from Integration

A pattern is a process and a thing.

A common ground for
communication.

雖然剛剛模式範例的說明，是從
上而下，但實際上尋找模式的過
程，是從下而上。
Solution  Problem(Forces) 
Context

練習：幫便利商店「集點活動」
寫出一個模式

模式是一種公式
• 套公式解題比較快且不易出錯
– 建構式數學 vs. 數學公式
• 問題百百種，如何能有公式可解決全部的
問題?
– 一個模式只能解決一個特定的問題

常見模式的種類
• Analysis Pattern
• Software Architecture Pattern
• Design Pattern
• Implementation Pattern
• HCI Pattern

透過模式建立軟體架構與設計
整體先於部分，然後透過差異化
的過程將整體逐步展開

保全監控系統初始架構
Client
Type C
Client
Type B
Client
Type A
Server
Client
Type D
Device A
Device B
Device C
Device D
DatabaseUI
User

第1次分化
Client
Type C
Client
Type B
Client
Type A
Server
Client
Type D
Device A
Device B
Device C
Device D
DatabaseUI
User
<server>
<client>
<client>
<server>
<client> <server>
<server>
<client>
<server><client>

第2次分化
Client
Type C
Client
Type B
Client
Type A
Server
Client
Type D
Device A
Device B
Device C
Device D
DatabaseUI
User
<server>
<client>
<client>
<server>
<client> <server>
<server>
<client>
<server><client>
Plug-in
Plug
-in

第3次分化
Client
Type C
Client
Type B
Client
Type A
Server
Client
Type D
Device A
Device B
Device C
Device D
DatabaseUI
User
<server>
<client>
<client>
<server>
<client> <server>
<server>
<client>
<server><client>
Plug-in
Plug
-in
OR-
Mapping
OR-
Mapping

第4次分化
Client
Type C
Client
Type B
Client
Type A
Server
Client
Type D
Device A
Device B
Device C
Device D
DatabaseUI
User
<server>
<client>
<client>
<server>
<client> <server>
<server>
<client>
<server><client>
Plug-in
Plug
-in
OR-
Mapping
OR-
Mapping
State
Observer
Command …

12個物件導向設計觀念與原則

6個物件導向設計觀念
• Class, Object, Instance
• Interface
• Inheritance
• Polymorphism
• Composition
• Delegation

6個物件導向設計原則
• 模組化。
• 減少耦合，增加內聚。
• 尋找hot spot。
• 生物多樣性原則。
• Programming to an Interface, not an
Implementation (GoF).
• Favor object composition over class
inheritance (GoF).

兩本武功祕笈

設計模式的目的
• 紀錄人們設計物件導向軟體上的經驗。
• 重複使用已知成功的設計及架構。
• 提供一種有結構的文件化方式讓設計者容
易模仿已知的成功設計經驗。
• 幫助我們了解現存的物件導向系統。
不再雞同鴨講…XD

GoF (Gang of Four) 設計模式的格式
• 為什麼叫做 GoF Design Patterns?
– 因為作者有四個人, Erich Gamma, Richard Helm,
Ralph Johnson, John Vlissides
• GoF設計模式包含13個元素:
– Pattern Name, Intent, Also Known As, Motivation,
Applicability, Structure, Participants,
Collaborations, Consequences, Implementation,
Sample Code, Known Uses, Related Patterns

兩種設計模式撰寫格式比較

依據用途，設計模式可分為三大類
• Creational Patterns (生成模式)
– Abstract Factory, Builder, Factory Method, Prototype,
Singleton
• Structural Patterns (結構模式)
– Adapter, Bridge, Composite, Decorator, Façade,
Flyweight, Proxy
• Behavioral Patterns (行為模式)
– Chain of Responsibility, Command, Interpreter, Iterator,
Mediator, Memento, Observer, State, Strategy,
Template Method, Visitor

依據內部關係，設計模式可分為另
外三大類
• Abstract Coupling (抽象耦合)
– State, Factory Method, Observer, Bridge, Builder,
Command, Iterator, Visitor, Interpreter, Mediator,
Adapter, Prototype, Proxy, Strategy
• Recursive Structures (遞迴結構)
– Composite, Chain of Responsibility, Decorator
• Other Patterns (其他)
– Abstract Factory, Flyweight, Singleton, Template
Method, Memento

GoF書中一共有23個設計模式
• 5個生成模式
– Abstract Factory, Builder, Factory Method, Prototype,
Singleton
• 7個結構模式
– Adapter, Bridge, Composite, Decorator, Façade,
Flyweight, Proxy
• 11個行為模式
– Chain of Responsibility, Command, Interpreter, Iterator,
Mediator, Memento, Observer, State, Strategy,
Template Method, Visitor

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