核心动机

• 减少风险：修改现有代码可能引入新的错误，影响原有功能。
• 提高可维护性：代码无需频繁修改，降低维护成本。
• 促进复用：通过抽象和多态，可复用现有设计框架。

实现方式

1. 抽象化：通过接口或抽象类定义稳定的契约。
2. 多态：利用子类实现行为的扩展。
3. 依赖注入：通过依赖倒置，使高层模块不依赖具体实现。

C# 示例：报表生成器

public class ReportGenerator
{
    public void GenerateReport(string format, ReportData data)
    {
        if (format == "PDF")
        {
            // 生成 PDF 报表的具体实现
            Console.WriteLine("生成 PDF 报表");
        }
        else if (format == "Excel")
        {
            // 生成 Excel 报表的具体实现
            Console.WriteLine("生成 Excel 报表");
        }
        // 问题：每次新增格式都需要修改此方法
    }
}

// 定义报表生成器接口（抽象）
public interface IReportGenerator
{
    void Generate(ReportData data);
}

// 具体实现：PDF 报表生成器
public class PdfReportGenerator : IReportGenerator
{
    public void Generate(ReportData data)
    {
        Console.WriteLine("生成 PDF 报表");
    }
}

// 具体实现：Excel 报表生成器
public class ExcelReportGenerator : IReportGenerator
{
    public void Generate(ReportData data)
    {
        Console.WriteLine("生成 Excel 报表");
    }
}

// 新增格式：CSV 报表生成器（无需修改原有代码）
public class CsvReportGenerator : IReportGenerator
{
    public void Generate(ReportData data)
    {
        Console.WriteLine("生成 CSV 报表");
    }
}

// 报表服务：依赖抽象接口
public class ReportService
{
    private readonly IReportGenerator _generator;

    public ReportService(IReportGenerator generator)
    {
        _generator = generator; // 通过构造函数注入依赖
    }

    public void CreateReport(ReportData data)
    {
        _generator.Generate(data);
    }
}

// 使用示例
public class Program
{
    public static void Main()
    {
        var data = new ReportData();
        
        // 需要 PDF 报表时
        var pdfService = new ReportService(new PdfReportGenerator());
        pdfService.CreateReport(data);

        // 需要 Excel 报表时
        var excelService = new ReportService(new ExcelReportGenerator());
        excelService.CreateReport(data);

        // 需要 CSV 报表时（扩展无需修改原有代码）
        var csvService = new ReportService(new CsvReportGenerator());
        csvService.CreateReport(data);
    }
}

单例模式是一种对象创建型模式，使用单例模式，可以保证为一个类只生成唯一的实例对象。也就是说，在整个程序空间中，该类只存在一个实例对象。GoF对单例模式的定义是：保证一个类、只有一个实例存在，同时提供能对该实例加以访问的全局访问方法。

为什么使用单例模式

在应用系统开发中，我们常常有以下需求：

-在多个线程之间，比如初始化一次socket资源；比如servlet环境，共享同一个资源或者操作同一个对象

-在整个程序空间使用全局变量，共享资源

-大规模系统中，为了性能的考虑，需要节省对象的创建时间等等。

因为Singleton模式可以保证为一个类只生成唯一的实例对象，所以这些情况，Singleton模式就派上用场了。

实现单例步骤常用步骤

a)构造函数私有化

b)提供一个全局的静态方法（全局访问点）

c)在类中定义一个静态指针，指向本类的变量的静态变量指针

修改一个类的原因只能有一个。

      这条原则的主要目的是减少复杂度。 你不需要费尽心机地去构思如何仅用 200 行代码来实现复杂设计， 实际上完全可以使用十几个清晰的方法。
      当程序规模不断扩大、 变更不断增加后， 真实问题才会逐渐显现出来。 到了某个时候， 类会变得过于庞大， 以至于你无法记住其细节。 查找代码将变得非常缓慢， 你必须浏览整个类， 甚至整个程序才能找到需要的东西。 程序中实体的数量会让你的大脑堆栈过载，你会感觉自己对代码失去了控制。
      还有一点： 如果类负责的东西太多， 那么当其中任何一件事发生改变时， 你都必须对类进行修改。 而在进行修改时， 你就有可能改动类中自己并不希望改动的部分。如果你开始感觉在同时关注程序特定方面的内容时有些困难
的话， 请回忆单一职责原则并考虑现在是否应将某些类分割为几个部分。

1、进制转换
(1)其他进制转十进制：按权展开法。以数码*位权形式求和即可。
(2)十进制转其他进制：短除法/除基取余法。以数值除基数，余数从下向上记录即可。
(3)十进制转二进制：凑位权法或减法。所需位权位置记作1，无需位权位置记作0，即为二进制结果。
(4)二进制转十六进制互转：分组法。4位二进制1组，转为十六进制数码即可。
(5)十六进制转二进制：逆分组法。每位数码转为4位二进制即可。
2、码制
(1)原码/反码/补码/移码转换规则：
原码：最高位是符号位，其余低位表示数值的绝对值(0表示正数，1表示负数)
反码：正数的反码与原码相同，负数的反码是其绝对值按位取反（符号位不变）
补码：正数的补码与原码相同，负数的补码是其反码末位补1（符号位不变）
移码：补码的符号位取反
(2)n位二进制表示范围

3、浮点数的表示
(1)表示格式：N=尾数*基数^指数

^{(2)特点：
一般尾数用补码，阶码用移码
阶码的位数决定数的表示范围，位数越多范围越大
尾数的位数决定数的有效精度，位数越多精度越高
对阶时，小数向大数看齐
对阶是通过较小数的尾数右移实现的
(3)表示范围：结合码制判断对应二进制长度的表示范围即可。}

^{4、逻辑运算符
(1)关系运算符及其优先次序}

1、校验码

2、计算机组成
(1)CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成。
(2)运算器
①算术逻辑单元ALU:数据的算术运算和逻辑运算
②累加寄存器AC:通用寄存器，为ALU提供一个工作区，用在暂存数据
③数据缓冲寄存器DR:写内存时，暂存指令或数据
④状态条件寄存器PSW:存状态标志与控制标志
(争议：也有将其归为控制器的)
(3)控制器
①程序计数器PC:存储下一条要执行指令的地址
②指令寄存器IR:存储即将执行的指令
③指令译码器D:对指令中的操作码字段进行分析解释
④地址寄存器AR:保存当前CPU访问内存单元的地址
⑤时序部件：提供时序控制信号
3、存储系统
(1)层次化存储结构

(2)存储器分类
存储器位置：
内存&外存
存取方式：
①按内容存取：相联存储器（如Cache)。
②按地址存取：随机存取存储器(如内存)；顺序存取存储器(如磁带)；直接存取存储器（如磁盘)。
工作方式：随机存取存储器RAM(如内存DRAM);只读存储器ROM(如BIOS)。
(3)Cache
在计算机的存储系统体系中，Cache是访问速度最快的层次（若有寄存器，则寄存器最快）。
②使用Cache改善系统性能的依据是程序的局部性原理。
地址相连映像
直接相联映像：硬件电路较简单，但冲突率很高。
全相联映像：电路难于设计和实现，只适用于小容量的cache,冲突率较低。
组相联映像：直接相联与全相联的折中。
注：主存与Cache之间的地址映射由硬件直接完成。
(4)主存编址计算
存储单元：存储单元个数=最大地址-最小地址+1
编址内容
按字编址：存储体的存储单元是字存储单元，即最小寻址单位是一个字。
按字节编址：存储体的存储单元是字节存储单元，即最小寻址单位是一个字节。
③总容量=存储单元个数*编址内容
④总片数=总容量/侮片的容量

2、总线
(1)并行&串行总线
并行总线：是含有多条双向数据线的总线，它可以实现一个数据的多位同时传输，总线中数据线的数量决定了可传输一个数据的最大位数（一般为8的倍数）。由于可以同时传输数据的各位，所以并行总线具有数据传输率高的有点；但是由于各条数据线的传输特性不可能完全一致，当数据线较长时，数据各位到达接收端时的延迟可能不一致，会造成传输错误，所以并行总线不宜过长【成本较高】，适合近距离传输。大多数总线属于并行总线。
串行总线：只含有一条双向数据线或两条单向数据线的总线，可以实现一个数据的各位按照一定的速度和顺序依次传输。由于按位串行传输数据对数据线传输特性的要求不高，在长距离连线情况下仍然可以有效地传送数据，所以串行总线的优势在于远距离通信【成本较低】。但由于数据是按位顺序传送的，所以在相同的时钟控制下，数据传输速率低于并行总线。大多数的通信总线属于串行总线。
(2)数据总线/地址总线/控制总线

3、寻址方式
(1)立即寻址方式
特点：操作数直接在指令中，速度快，灵活性差
(2)直接寻址方式
特点：指令中存放的是操作数的地址
(3)间接寻址方式
特点：指令中存放了一个地址，这个地址对应的内容是操作数的地址。
(4)寄存器寻址方式
特点：寄存器存放操作数
(5)寄存器间接寻址方式
特点：寄存器内存放的是操作数的地址
4、CISC与RISC

5、流水线技术
1条指令执行时间+（指令条数-1）*流水线周期
理论公式：(t₁+t₂+..+t_k)+(n-1)*t_max
实践公式：k*t_max+(n-1)*t_max
计算流水线吞吐率的最基本的公式如下：

6、可靠性
(1)指标
可靠性可以用MTTF/(1+MTTF)来度量。
可用性可以用MTBF/(I+MTBF)来度量。
可维护性可以用1/(1+MTTR)来度量。
(2)可靠性计算模型
串联：R=R1*R2*...*Rn
并联：R=1-(1-R1)*(1-R2)*...*(1-Rn)
(3)参数计算
【失效率】
比如：假设统一型号的1000台计算机，在规定的条件下工作1000小时，其中10台故障。
其失效率λ=10/(1000*1000)=1*10^-5
【千小时可靠性】R(t)=1-t*λ=1-1000*(1*10^-5)=1-0.01=0.99
【平均故障间隔时间】MTBF=1/λ=10⁵小时