详解Swift中的iOS设计模式

说到设计模式，相信大家都不陌生，但是又有多少人知道它背后的真正含义？绝大多数程序员都知道设计模式十分重要，不过关于这个话题的文章却不是很多，开发者们在开发的时候有时也不太在意设计模式方面的内容。

设计模式针对软件设计中的常见问题，提供了一些可复用的解决方案，开发者可以通过这些模板写出易于理解且能够复用的代码。正确的使用设计模式可以降低代码之间的耦合度，从而很轻松的修改或者替换以前的代码。

如果你对设计模式还很陌生，那么告诉你一个好消息！在iOS的开发过程中，其实你不知不觉已经用了很多设计模式。这得益于Cocoa提供的框架和一些良好的编程习惯。接下来的这篇教程将会带你一起飞，去领略设计模式的魅力。

我们将会完成一个完整的应用，展示音乐专辑和专辑的相关信息。通过这个应用，我们会接触一些Cocoa中常见的设计模式：

创建型（Creational）：单例模式（Singleton）
结构型（Structural）：MVC、装饰者模式 （Decorator）、适配器模式（Adapter）、外观模式 （Facade）
行为型（Behavioral）：观察者模式（Observer）、备忘录模式（Memento）

这篇文章不是什么长篇大论的理论知识，你会在开发应用的过程中慢慢学会这些设计模式。

先来预览一下最终的结果：



看起来还是不错的，开始学习接下来的内容吧。勇敢的少年们，快来创造奇迹！

开始

下载初始项目并解压，在Xcode中打开BlueLibrarySwift.xcodeproj项目文件。

项目中有三个地方需要注意一下：

ViewController有两个IBOutlet ，分别连接到了UITableView 和UIToolBar上。
在StoryBoard上有三个组件设置了约束。最上面的是专辑的封面，封面下面是列举了相关专辑的列表，最下面是有两个按钮的工具栏，一个用来撤销操作，另一个用来删除你选中的专辑。
一个简单的HTTP客户端类（HTTPClient），里面还没有什么内容，需要你去完善。



【注意】其实当你创建一个新的Xcode的项目的时候，你的代码里就已经有很多设计模式的影子了： MVC、委托、代理、单例 - 真是众里寻他千百度，得来全不费功夫。

在学习第一个设计模式之前，你需要创建两个类，用来存储和展示专辑数据。

创建一个新的类，继承NSObject名为Album，记得选择Swift作为编程语言然后点击下一步。

打开Album.swift然后添加如下定义：

[cpp] view
plaincopy

var title : String!  

var artist : String!  

var genre : String!  

var coverUrl : String!  

var year : String!  

这里创建了五个属性，分别对应专辑的标题、作者、流派、封面地址和出版年份。

接下来我们添加一个初始化方法：

[cpp] view
plaincopy

init(title: String, artist: String, genre: String, coverUrl: String, year: String) {  

  super.init()  

  self.title = title  

  self.artist = artist  

  self.genre = genre  

  self.coverUrl = coverUrl  

  self.year = year  

}  

这样我们就可以愉快地初始化了。

然后再加上下面这个方法：

[cpp] view
plaincopy

func description() -> String {  

  return "title: \(title)" +  

   "artist: \(artist)" +  

   "genre: \(genre)" +  

   "coverUrl: \(coverUrl)" +  

   "year: \(year)"  

}  

这是专辑对象的描述方法，详细的打印了 Album 的所有属性值，方便我们查看变量各个属性的值。

接下来，再创建一个继承自 UIView 的视图类 AlbumView.swift。

在新建的类中添加两个属性：

[cpp] view
plaincopy

private let coverImage: UIImageView!   

private let indicator: UIActivityIndicatorView!  

coverImage代表了封面的图片，indicator则是在加载过程中显示的等待指示器。

这两个属性都是私有属性，因为除了AlbumView之外，其他类没有必要知道他俩的存在。在写一些框架或者类库的时候，这种规范十分重要，可以避免一些误操作。

接下来给这个类添加初始化化方法：

[cpp] view
plaincopy

required init(coder aDecoder: NSCoder) {  

   super.init(coder: aDecoder)  

}  

init(frame: CGRect, albumCover: String) {  

    super.init(frame: frame)  

    backgroundColor = UIColor.blackColor()  

    coverImage = UIImageView(frame: CGRectMake(5, 5, frame.size.width - 10, frame.size.height - 10))  

    addSubview(coverImage)  

    indicator = UIActivityIndicatorView()  

    indicator.center = center  

    indicator.activityIndicatorViewStyle = .WhiteLarge  

    indicator.startAnimating()  

    addSubview(indicator)  

}  

因为UIView遵从NSCoding协议，所以我们需要NSCoder的初始化方法。不过目前我们没有encode和decode的必要，所以就把它放在那里就行，调用父类方法初始化即可。

在真正的初始化方法里，我们设置了一些初始化的默认值。比如设置背景颜色默认为黑色，创建 ImageView 并设置了 margin 值，添加了一个加载指示器。

最终我们再加上如下方法：

[cpp] view
plaincopy

func highlightAlbum(#didHighlightView: Bool) {  

    if didHighlightView == true {  

        backgroundColor = UIColor.whiteColor()  

    } else {  

        backgroundColor = UIColor.blackColor()  

    }  

}  

这会切换专辑的背景颜色，如果高亮就是白色，否则就是黑色。

在继续下面的内容之前， Command + B 试一下确保没有什么问题，一切正常？那就开始第一个设计模式的学习啦！

MVC——设计模式之王

Model-View-Controller (缩写 MVC ) 是 Cocoa 框架的一部分，并且毋庸置疑是最常用的设计模式之一。它可以帮你把对象根据职责进行划分和归类。



作为划分依据的三个基本职责是：

模型层（Model）：存储数据并且定义如何操作这些数据。在我们的例子中，就是Album类。
视图层（View）：负责模型层的可视化展示，并且负责用户的交互，一般来说都是继承自UIView这个基类。在我们的项目中就是AlbumView这个类。
控制器（Controller）：控制器是整个系统的掌控者，它连接了模型层和数据层，并且把数据在视图层展示出来，监听各种事件，负责数据的各种操作。不妨猜猜在我们的项目中哪个是控制器？啊哈猜对了ViewController这个类就是。

如果你的项目遵循MVC的设计模式，那么各种对象要不是Model，要不是View，要不就是Controller。当然在实际的开发中也可以灵活变化，比如结合具体业务使用MVVM结构给ViewController瘦瘦身，也是可以的。

三者之间的关系如下：



模型层通知控制器层任何数据的变化，然后控制器层会刷新视图层中的数据。视图层可以通知控制器层用户的交互事件，然后控制器会处理各种事件以及刷新数据。

你可能会感觉奇怪：为什么要把这三个东西分开来，而不能揉在一个类里呢？那样似乎更简单一点嘛。

之所以这样做，是为了将代码更好的分离和重用。理想状态下，视图层应当和模型层完全分离。如果视图层不依赖任何模型层的具体实现，那么就可以很容易的被其他模型复用，用来展示不同的数据。

举个例子，比如在未来我们需要添加电影或者什么书籍，我们依旧可以使用 AlbumView 这个类作为展示。更久远点来说，在以后如果你创建了一个新的项目并且需要用到和专辑相关的内容，你可以直接复用 Album 类因为它并不依赖于任何视图模块。这就是 MVC 的强大之处，三大元素，各司其职，减少依赖。

如何使用MVC模式

首先，你需要确定你的项目中的每个类都是三大基本类型中的一种：控制器、模型、视图。不要在一个类里糅合多个角色。目前我们创建了Album类和AlbumView类是符合要求的，做得很好。

然后，为了确保你遵循这种模式，你最好创建三个项目分组来存放代码，分别是Model、View、Controller，保持每个类型的文件分别独立。

接下来把Album.swift拖到Model分组，把AlbumView.swift拖到View分组，然后把ViewController.swift 拖到Controller分组中。

现在你的项目应该是这个样子：



现在你的项目已经有点样子了，不再是各个文件颠沛流离居无定所了。显然你还会有其他分组和类，但是应用的核心就在这三个类里。

现在你的内容已经组织好了，接下来要做的就是获取专辑的数据。你将会创建一个 API 类来管理数据 - 这里我们会用到下一个设计模式：单例模式。

单例模式

单例模式确保每个指定的类只存在一个实例对象，并且可以全局访问那个实例。一般情况下会使用延时加载的策略，只在第一次需要使用的时候初始化。

【注意】在iOS中单例模式很常见，NSUserDefaults.standardUserDefaults()、UIApplication.sharedApplication()、UIScreen.mainScreen()、NSFileManager.defaultManager()这些都是单例模式。

你可能会疑惑了：如果多于一个实例又会怎么样呢？代码和内存还没精贵到这个地步吧？

某些场景下，保持实例对象仅有一份是很有意义的。举个例子，你的应用实例（UIApplication），应该只有一个吧，显然是指你的当前应用。还有一个例子：设备的屏幕（UIScreen）实例也是这样，所以对于这些类的情况，你只想要一个实例对象。

单例模式的应用还有另一种情况：你需要一个全局类来处理配置文件。我们很容易通过单例模式实现线程安全的实例访问，而如果有多个类可以同时访问配置文件，那可就复杂多了。

如何使用单例模式

可以看下这个图：



这是一个日志类，有一个属性（即一个单例对象）和两个方法：sharedInstance()和init()。

第一次调用sharedInstance()的时候，instance属性还没有初始化。所以我们要创建一个新实例并且返回。

下一次你再调用sharedInstance()的时候，instance已经初始化完成，直接返回即可。这个逻辑确保了这个类只存在一个实例对象。

接下来我们继续完善单例模式，通过这个类来管理专辑数据。

注意到在我们前面的截图里，分组中有个API分组，这里可以放那些提供后台服务的类。在这个分组中创建一个新的文件LibraryAPI.swift，继承自NSObject类。

在LibraryAPI里添加下面这段代码：

[cpp] view
plaincopy

//1  

class var sharedInstance: LibraryAPI {  

    //2  

    struct Singleton {  

        //3  

        static let instance = LibraryAPI()  

    }  

    //4  

    return Singleton.instance  

}  

在这几行代码里，做了如下工作：

创建一个计算类型的类变量，这个类变量，就像是objc中的静态方法一样，可以直接通过类访问而不用实例对象。具体可参见苹果官方文档的属性（Properties）这一章。
在类变量里嵌套一个Singleton结构体。
Singleton封装了一个静态的常量，通过 static 定义意味着这个属性只存在一个，注意Swift中static的变量是延时加载的，意味着Instance直到需要的时候才会被创建。同时再注意一下，因为它是一个常量，所以一旦创建之后不会再创建第二次。这些就是单例模式的核心所在：一旦初始化完成，当前类存在一个实例对象，初始化方法就不会再被调用。
返回计算后的属性值。

【注意】更多的单例模式实例可以看看Github上的这个示例，列举了单例模式的若干种实现方式。

你现在可以将这个单例作为专辑管理类的入口，接下来我们继续创建一个处理专辑数据持久化的类。

新建 PersistencyManager.swift 并添加如下代码：

[cpp] view
plaincopy

private var albums = [Album]()  

在这里我们定义了一个私有属性，用来存储专辑数据。这是一个可变数组，所以你可以很容易的增加或者删除数据。

然后加上一些初始化的数据：

[cpp] view
plaincopy

override init() {  

  //Dummy list of albums  

  let album1 = Album(title: "Best of Bowie",  

         artist: "David Bowie",  

         genre: "Pop",  

         coverUrl: "http://www.coversproject.com/static/thumbs/album/album_david%20bowie_best%20of%20bowie.png",  

         year: "1992")  

  let album2 = Album(title: "It's My Life",  

         artist: "No Doubt",  

         genre: "Pop",  

         coverUrl: "http://www.coversproject.com/static/thumbs/album/album_no%20doubt_its%20my%20life%20%20bathwater.png",  

         year: "2003")  

  let album3 = Album(title: "Nothing Like The Sun",  

         artist: "Sting",  

         genre: "Pop",  

         coverUrl: "http://www.coversproject.com/static/thumbs/album/album_sting_nothing%20like%20the%20sun.png",  

         year: "1999")  

  let album4 = Album(title: "Staring at the Sun",  

         artist: "U2",  

         genre: "Pop",  

         coverUrl: "http://www.coversproject.com/static/thumbs/album/album_u2_staring%20at%20the%20sun.png",  

         year: "2000")  

  let album5 = Album(title: "American Pie",  

         artist: "Madonna",  

         genre: "Pop",  

         coverUrl: "http://www.coversproject.com/static/thumbs/album/album_madonna_american%20pie.png",  

         year: "2000")  

  albums = [album1, album2, album3, album4, album5]  

}  

在这个初始化方法里，我们初始化了五张专辑。如果上面的专辑没有你喜欢的，你可以随意替换成你的菜。

然后添加如下方法：

[cpp] view
plaincopy

func getAlbums() -> [Album] {  

  return albums  

}  

func addAlbum(album: Album, index: Int) {  

  if (albums.count >= index) {   

    albums.insert(album, atIndex: index)  

  } else {  

    albums.append(album)  

  }  

}  

func deleteAlbumAtIndex(index: Int) {  

  albums.removeAtIndex(index)  

}  

这些方法可以让你自由的访问、添加、删除专辑数据。

这时你可以运行一下你的项目，确保编译通过以便进行下一步操作。

此时你或许会感到好奇：PersistencyManager好像不是单例啊？是的，它确实不是单例。不过没关系，在接下来的外观模式章节，你会看到LibraryAPI和PersistencyManager之间的联系。

外观模式

外观模式在复杂的业务系统上提供了简单的接口。如果直接把业务的所有接口直接暴露给使用者，使用者需要单独面对这一大堆复杂的接口，学习成本很高，而且存在误用的隐患。如果使用外观模式，我们只要暴露必要的 API 就可以了。

下图演示了外观模式的基本概念：



API的使用者完全不知道这内部的业务逻辑有多么复杂。当我们有大量的类并且它们使用起来很复杂而且也很难理解的时候，外观模式是一个十分理想的选择。

外观模式把使用和背后的实现逻辑成功解耦，同时也降低了外部代码对内部工作的依赖程度。如果底层的类发生了改变，外观的接口并不需要做修改。

举个例子，如果有一天你想换掉所有的后台服务，你只需要修改API内部的代码，外部调用API的代码并不会有改动。

如何使用外观模式

现在我们用PersistencyManager来管理专辑数据，用HTTPClient来处理网络请求，项目中的其他类不应该知道这个逻辑。他们只需要知道LibraryAPI这个“外观”就可以了。

为了实现外观模式，应该只让LibraryAPI持有PersistencyManager和HTTPClient的实例，然后LibraryAPI暴露一个简单的接口给其他类来访问，这样外部的访问类不需要知道内部的业务具体是怎样的，也不用知道你是通过PersistencyManager还是HTTPClient获取到数据的。

大致的设计是这样的：



LibraryAPI会暴露给其他代码访问，但是PersistencyManager和HTTPClient则是不对外开放的。

打开LibraryAPI.swift然后添加如下代码：

[cpp] view
plaincopy

private let persistencyManager: PersistencyManager  

private let httpClient: HTTPClient  

private let isOnline: Bool  

除了两个实例变量之外，还有个Bool值：isOnline，这个是用来标识当前是否为联网状态的，如果是联网状态就会去网络获取数据。

我们需要在init里面初始化这些变量：

[cpp] view
plaincopy

override init() {  

  persistencyManager = PersistencyManager()  

  httpClient = HTTPClient()  

  isOnline = false  

  super.init()  

}  

HTTPClient并不会直接和真实的服务器交互，只是用来演示外观模式的使用。所以inOnline这个值我们一直设置为false。

接下来在LibraryAPI.swift里添加如下代码：

[cpp] view
plaincopy

func getAlbums() -> [Album] {  

  return persistencyManager.getAlbums()  

}  

func addAlbum(album: Album, index: Int) {  

  persistencyManager.addAlbum(album, index: index)  

  if isOnline {  

    httpClient.postRequest("/api/addAlbum", body: album.description())  

  }  

}  

func deleteAlbum(index: Int) {  

  persistencyManager.deleteAlbumAtIndex(index)  

  if isOnline {  

    httpClient.postRequest("/api/deleteAlbum", body: "\(index)")  

  }  

}  

看一下addAlbum(_:index:)这个方法，先更新本地缓存，然后如果是联网状态还需要向服务器发送网络请求。这便是外观模式的强大之处：如果外部文件想要添加一个新的专辑，它不会也不用去了解内部的实现逻辑是怎么样的。

【注意】当你设计外观的时候，请务必牢记：使用者随时可能直接访问你的隐藏类。永远不要假设使用者会遵循你当初的设计做事。

运行一下你的应用，你可以看到两个空的页面和一个工具栏：最上面的视图用来展示专辑封面，下面的视图展示数据列表。



你需要在屏幕上展示专辑数据，这是就该用下一种设计模式了：装饰者模式。

装饰者模式

装饰者模式可以动态的给指定的类添加一些行为和职责，而不用对原代码进行任何修改。当你需要使用子类的时候，不妨考虑一下装饰者模式，可以在原始类上面封装一层。

在Swift里，有两种方式实现装饰者模式：扩展（Extension）和委托（Delegation）。

扩展

扩展是一种十分强大的机制，可以让你在不用继承的情况下，给已存在的类、结构体或者枚举类添加一些新的功能。最重要的一点是，你可以在你没有访问权限的情况下扩展已有类。这意味着你甚至可以扩展Cocoa的类，比如UIView或者UIImage。

举个例子，在编译时新加的方法可以像扩展类的正常方法一样执行。这和装饰器模式有点不同，因为扩展不会持有扩展类的对象。

如何使用扩展？

想象一下这个场景，我们需要在下面这个列表里展示数据：



专辑标题从哪里来？Album本身是个Model对象，所以它不应该负责如何展示数据。你需要一些额外的代码添加展示数据的逻辑，但是为了保持Model的干净，我们不应该直接修改代码，因为这样不符合单一职责原则。 Model 层最好就是负责纯粹的数据结构，如果有数据的操作可以放到扩展中完成。

接下来我们会创建一个扩展，扩展现有的Album类，在扩展里定义了新的方法，返回更适合UITableView展示用的数据结构。

数据的结构大概是这样：



新建一个Swift文件：AlbumExtensions ，在里面添加如下扩展：

[cpp] view
plaincopy

extension Album {  

  func ae_tableRepresentation() -> (titles:[String], values:[String]) {  

    return (["Artist", "Album", "Genre", "Year"], [artist, title, genre, year])  

  }  

}  

在方法的前面有个ae_ 前缀，是AlbumExtension的缩写，这样有利于和类的原有方法进行区分，避免使用的时候产生冲突。现在很多还在维护中的第三方库都已经改成了这个风格。

【注意】类是可以重写父类方法的，但是在扩展里不可以。扩展里的方法和属性不能和原始类里的方法和属性冲突。

思考一下这个设计模式的强大之处：

我们可以直接在扩展里使用 Album 里的属性。
我们给 Album 类添加了内容但是并没有继承它，事实上，使用继承来扩展业务也可以实现一样的功能。
这个简单的扩展让我们可以更好地把 Album 的数据展示在 UITableView 里，而且不用修改源码。

委托

装饰者模式的另一种实现方案是委托。在这种机制下，一个对象可以和另一个对象相关联。比如你在用UITableView，你必须实现tableView(_:numberOfRowsInSection:)这个委托方法。

你不应该指望UITableView知道你有多少数据，这是个应用层该解决的问题。所以，数据相关的计算应该通过UITableView的委托来解决。这样可以让UITableView和数据层分别独立。视图层就负责显示数据，你递过来什么我就显示什么。

下面这张图很好的解释了UITableView的工作过程：



UITableView的工作仅仅是展示数据，但是最终它需要知道自己要展示那些数据，这时就可以向它的委托询问。在objc的委托模式里，一个类可以通过协议来声明可选或者必须的方法。

看起来似乎继承然后重写必须的方法来的更简单一点。但是考虑一下这个问题：继承的结果必定是一个独立的类，如果你想让某个对象成为多个对象的委托，那么子类这招就行不通了。

【注意】委托模式十分重要，苹果在 UIKit 中大量使用了该模式，基本上随处可见。

如何使用委托模式

打开ViewController.swift文件，添加如下私有变量：

[cpp] view
plaincopy

private var allAlbums = [Album]()  

private var currentAlbumData : (titles:[String], values:[String])?  

private var currentAlbumIndex = 0  

在viewDidLoad里面加入如下内容：

[cpp] view
plaincopy

override func viewDidLoad() {  

    super.viewDidLoad()  

    //1  

    self.navigationController?.navigationBar.translucent = false  

    currentAlbumIndex = 0  

    //2  

    allAlbums = LibraryAPI.sharedInstance.getAlbums()  

    // 3  

    // the uitableview that presents the album data  

    dataTable.delegate = self  

    dataTable.dataSource = self  

    dataTable.backgroundView = nil  

    view.addSubview(dataTable!)        

}  

对上面三个部分进行拆解：

关闭导航栏的透明效果
通过API获取所有的专辑数据，记住，我们使用外观模式之后，应该从LibraryAPI获取数据，而不是PersistencyManager 。
你可以在这里设置你的UITablweView ，在这里声明了UITableView的delegate是当前的ViewController 。事实上你用了XIB或者StoryBoard，可以直接在可视化的页面里拖拽完成。

接下来添加一个新的方法用来更方便的获取数据：

[cpp] view
plaincopy

func showDataForAlbum(albumIndex: Int) {  

    // defensive code: make sure the requested index is lower than the amount of albums  

    if (albumIndex < allAlbums.count && albumIndex > -1) {  

        //fetch the album  

        let album = allAlbums[albumIndex]  

        // save the albums data to present it later in the tableview  

        currentAlbumData = album.ae_tableRepresentation()  

    } else {  

        currentAlbumData = nil  

    }  

    // we have the data we need, let's refresh our tableview  

    dataTable!.reloadData()  

}   

showDataForAlbum()这个方法获取最新的专辑数据，当你想要展示新数据的时候，你需要调用reloadData()这个方法，这样UITableView就会向委托请求数据，比如有多少个section有多少个row之类的。

在viewDidLoad里面调用上面的方法：

[cpp] view
plaincopy

self.showDataForAlbum(currentAlbumIndex)  

这样应用一启动就会去加载当前的专辑数据。因为currentAlbumIndex的默认值是 0 ，所以一开始会默认显示第一章专辑的信息。

接下来我们该去完善DataSource的协议方法了。你可以直接把委托方法写在类里面，当然如果你想让你的代码看起来更整洁一点，则可以放在扩展里。

在文件底部添加如下方法，注意一定要放在类定义的大括号外面，因为这两个家伙不是类定义的一部分，它们是扩展：

[cpp] view
plaincopy

extension ViewController: UITableViewDataSource {  

}  

extension ViewController: UITableViewDelegate {  

}  

上面就是实现委托的方法 - 你可以把协议想象成是与委托之间的约定，只要你实现了约定的方法，就算是实现了委托。在我们的代码中，ViewController需要遵守UITableViewDataSource和UITableViewDelegate的协议。这样UITableView才能确保必要的委托方法都已经实现了。

在UITableViewDataSource对应的那个扩展里加上如下方法：

[cpp] view
plaincopy

func tableView(tableView: UITableView, numberOfRowsInSection section: Int) -> Int {  

  if let albumData = currentAlbumData {  

    return albumData.titles.count  

  } else {  

    return 0  

  }  

}  

func tableView(tableView: UITableView, cellForRowAtIndexPath indexPath: NSIndexPath) -> UITableViewCell {  

  var cell:UITableViewCell = tableView.dequeueReusableCellWithIdentifier("Cell", forIndexPath: indexPath) as UITableViewCell  

  if let albumData = currentAlbumData {  

    cell.textLabel?.text = albumData.titles[indexPath.row]  

      if let detailTextLabel = cell.detailTextLabel {  

        detailTextLabel.text = albumData.values[indexPath.row]  

      }  

  }  

  return cell  

}  

tableView(_:numberOfRowsInSection:) 返回需要展示的行数，和存储的数据中的 title 的数目相同。

tableView(_:cellForRowAtIndexPath:) 创建并且返回了一个单元格，上面有标题和对应的值。

【注意】你可以把这些方法直接加在类声明里面，也可以放在扩展里，编译器不会去管数据源到底在哪里，只要能找到对应的方法就可以了。而我们之所以这样做，是为了方便其他人阅读。

此时再构建项目，你可以看到如下内容：



是的，显示成功啦！目前的项目源码在这里：BlueLibrarySwift-Part1，如果遇到什么问题你可以下载下来对比一下。