23种设计模式(C++)

### 23种设计模式(C++)精解 #### 引言 设计模式是软件工程领域的一个重要组成部分，它提供了一套解决常见问题的有效方法。在《23种设计模式(C++)》这一资源中，作者详细解析了GoF（Gang of Four）所提出的23种设计模式，并提供了相应的C++实现代码。这对于理解和应用这些模式具有极大的帮助。 #### 创建型模式 创建型模式主要关注对象的创建机制，使得系统能够独立于如何创建、组合那些对象。这部分包含了五种模式： 1. **Factory模式** - **定义**：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。Factory方法使一个类的实例化延迟到其子类。 - **用途**：当一个类不知道它所必须创建的对象的类的时候；或者当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候。 - **实现**：通过继承Factory类并覆盖create方法来实现具体工厂。 2. **Abstract Factory模式** - **定义**：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。 - **用途**：当系统被设计为独立于它的产品时；或者当一个系统要由多个产品系列中的一个来配置时。 - **实现**：定义一个抽象工厂类，然后实现不同的具体工厂类。 3. **Singleton模式** - **定义**：确保一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。 - **用途**：控制对单个实例的访问；简化系统配置。 - **实现**：通过私有构造函数和静态成员函数实现。 4. **Builder模式** - **定义**：将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。 - **用途**：当创建复杂对象的算法应该独立于该对象的组成部分及其装配方式时。 - **实现**：定义Director类和Builder接口，使用具体建造者来组装部件。 5. **Prototype模式** - **定义**：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。 - **用途**：当创建新对象的成本很大时，或者为了提高性能时。 - **实现**：通过深拷贝或浅拷贝机制复制已有对象。 #### 结构型模式 结构型模式涉及如何组合类或对象构成更大的结构。包括七种模式： 1. **Bridge模式** - **定义**：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立变化。 - **用途**：分离接口定义与实现，以便可以独立地扩展抽象和实现。 - **实现**：定义抽象类和实现类的接口。 2. **Adapter模式** - **定义**：将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。Adapter模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。 - **用途**：希望复用一些现存的类，但其接口不符合需求；增加新的功能到已存在的类。 - **实现**：通过适配器类实现目标接口，内部持有被适配对象。 3. **Decorator模式** - **定义**：动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能而言，Decorator模式相比生成子类更为灵活。 - **用途**：扩展功能；替代使用子类来扩展功能。 - **实现**：通过继承Decorator类并覆盖所需方法来扩展功能。 4. **Composite模式** - **定义**：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。 - **用途**：处理树形结构；当客户端需要透明地处理个体对象和复合对象时。 - **实现**：定义Component接口，实现Leaf和Composite类。 5. **Flyweight模式** - **定义**：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。 - **用途**：减少对象的数量以节约内存。 - **实现**：通过工厂模式创建并管理共享对象。 6. **Facade模式** - **定义**：为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，Facade模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。 - **用途**：简化复杂的子系统；提供统一的接口。 - **实现**：定义一个Facade类，封装子系统的功能。 7. **Proxy模式** - **定义**：为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。 - **用途**：控制访问；提高性能。 - **实现**：定义Subject接口，实现RealSubject和Proxy类。 #### 行为模式 行为模式涉及到算法和对象间职责的分配。包括十一中模式： 1. **Template Method模式** - **定义**：定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中。使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。 - **用途**：当各个子类中公共的行为应该被提取出来集中到一个共同的父类中以避免代码重复时。 - **实现**：定义抽象类，其中包含模板方法和钩子方法。 2. **Strategy模式** - **定义**：定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可相互替换。本模式使得算法可独立于使用它的客户而变化。 - **用途**：定义一组算法；使算法可以自由切换。 - **实现**：定义策略接口和具体策略类。 3. **State模式** - **定义**：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。 - **用途**：对象的行为依赖于它的状态，并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为。 - **实现**：定义Context和State接口，实现具体状态类。 4. **Observer模式** - **定义**：定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。 - **用途**：一个对象状态改变给其他对象通知的问题，而且不知道具体有多少对象依赖于它。 - **实现**：定义Subject和Observer接口，实现具体观察者和被观察者。 5. **Memento模式** - **定义**：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到原先保存的状态。 - **用途**：保存对象的内部状态，以便将来恢复。 - **实现**：定义Originator和Caretaker类。 6. **Mediator模式** - **定义**：用一个中介对象来封装一系列的对象交互。Mediator模式可减少对象之间的相互引用，使原有对象之间不必显式地相互引用，使其耦合松散。而且可以独立地改变它们之间的交互。 - **用途**：降低多个对象间的通信复杂性；提高可维护性。 - **实现**：定义Mediator接口，实现ConcreteMediator类。 7. **Command模式** - **定义**：将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。 - **用途**：在不同的时间指定请求、队列请求和执行请求。 - **实现**：定义Command接口，实现具体命令类。 8. **Visitor模式** - **定义**：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你可以在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。 - **用途**：数据结构相对稳定，但其操作算法经常变动。 - **实现**：定义Visitor接口，实现Element和ObjectStructure类。 9. **Chain of Responsibility模式** - **定义**：使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。 - **用途**：有多个对象可以处理一个请求，但具体哪个对象处理该请求是在运行时刻自动确定的。 - **实现**：定义Handler接口，实现具体处理器类。 10. **Iterator模式** - **定义**：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素而又不暴露该对象的内部表示。 - **用途**：遍历集合。 - **实现**：定义Iterator接口，实现Aggregate接口。 11. **Interpreter模式** - **定义**：给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。 - **用途**：语法解析。 - **实现**：定义AbstractExpression和TerminalExpression类，实现NonterminalExpression类。 #### 在开发中体验设计模式 设计模式的学习不仅仅在于理论上的掌握，更重要的是将其应用于实际项目中。作者在文档中还提到了如何在开发实践中应用这些模式，例如深入理解State模式、讨论Double Dispatch等。通过实际项目的实践，可以更好地理解和掌握这些模式的应用场景和技术细节。 #### 总结 通过上述内容的介绍，我们可以看到《23种设计模式(C++)》不仅是一份详尽的设计模式指南，更是一份宝贵的学习资源。无论是初学者还是有一定基础的开发者，都能从中获得宝贵的知识和实践经验。希望通过对这些模式的学习和应用，能够帮助读者更好地解决实际问题，提高软件开发的质量和效率。