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C++的设计模式

1. 创建型模式

单例模式 (Singleton)
  • 意图:确保类仅有一个实例,并提供全局访问点。(常见的日志类)
  • 实现
    class Singleton {
    private:static Singleton* instance;Singleton() {} // 私有构造函数
    public:static Singleton* getInstance() {if (!instance) {instance = new Singleton();}return instance;}// 删除拷贝构造和赋值Singleton(const Singleton&) = delete;void operator=(const Singleton&) = delete;
    };
    Singleton* Singleton::instance = nullptr;
    
  • 线程安全:需加锁(如std::mutex)或使用C++11的std::call_once
工厂模式 (Factory)
  • 简单工厂:根据参数创建不同对象。
    class Product {
    public:virtual void use() = 0;
    };
    class ConcreteProductA : public Product { /*...*/ };
    class Factory {
    public:static Product* createProduct(const std::string& type) {if (type == "A") return new ConcreteProductA();// ...}
    };
    
  • 抽象工厂:创建相关对象族。
    class AbstractFactory {
    public:virtual Button* createButton() = 0;virtual TextBox* createTextBox() = 0;
    };
    class WinFactory : public AbstractFactory { /*...*/ };
    

2. 结构型模式

适配器模式 (Adapter)
  • 对象适配器:持有被适配对象的实例。
    class Target {
    public:virtual void request() = 0;
    };
    class Adaptee { public: void specificRequest() {} };
    class Adapter : public Target {Adaptee* adaptee;
    public:Adapter(Adaptee* a) : adaptee(a) {}void request() override { adaptee->specificRequest(); }
    };
    
装饰器模式 (Decorator)
  • 动态添加职责
    class Component { public: virtual void operation() = 0; };
    class ConcreteComponent : public Component { /*...*/ };
    class Decorator : public Component {Component* component;
    public:Decorator(Component* c) : component(c) {}void operation() override { component->operation(); }
    };
    class ConcreteDecorator : public Decorator {void addedBehavior() { /*...*/ }
    public:void operation() override {Decorator::operation();addedBehavior();}
    };
    

3. 行为型模式

观察者模式 (Observer)
  • 实现松散耦合
    class Observer {
    public:virtual void update(const std::string& msg) = 0;
    };
    class Subject {std::vector<Observer*> observers;
    public:void attach(Observer* o) { observers.push_back(o); }void notify(const std::string& msg) {for (auto o : observers) o->update(msg);}
    };
    
策略模式 (Strategy)
  • 运行时切换算法
    class Strategy {
    public:virtual void execute() = 0;
    };
    class Context {Strategy* strategy;
    public:void setStrategy(Strategy* s) { strategy = s; }void execute() { strategy->execute(); }
    };
    

4. C++特定注意事项

  • 内存管理:优先使用智能指针(std::shared_ptr, std::unique_ptr)避免泄漏。
  • 多线程:单例模式需双重检查锁定或局部静态变量(C++11后线程安全)。
  • 性能:虚函数可能引入开销,需权衡设计灵活性与性能。
  • 模板:替代某些模式(如策略模式可通过模板在编译时绑定)。

总结

  • 选择模式的原则:优先简单性,避免过度设计。
  • 模式组合:如工厂+单例创建全局唯一对象,观察者+组合构建事件系统。
  • 语言特性结合:利用RAII、模板、移动语义等增强实现。

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