设计模式——空对象模式

定义

空对象模式（Null Object Pattern）是一种软件设计模式。在 C++ 中，它主要用于用一个空对象来代替 NULL 引用的检查。这个空对象可以提供默认的行为，从而避免了在代码中频繁地进行空指针（NULL）检查。
例如，在一个图形绘制系统中，如果没有指定图形的颜色，不是返回一个空指针（这会导致很多地方需要检查是否为空），而是返回一个表示 “无色” 的空对象，这个空对象有自己的默认行为，比如在绘制图形时不进行任何颜色相关的操作。

结构组成

抽象基类（Abstract Class）：
定义了接口，这个接口包含了真实对象和空对象都需要实现的方法。例如，在一个文件读取系统中，抽象基类可能定义了read()和close()等方法，这些方法无论是对于真正的文件对象还是空文件对象都有意义。
真实对象类（Concrete Class）：
实现了抽象基类中定义的接口，提供了真实的功能。继续以文件读取系统为例，真实对象类会实现read()方法来从文件中读取内容，close()方法来关闭文件。
空对象类（Null Class）：
同样实现抽象基类的接口，但是它的方法实现通常是提供默认行为或者不执行任何操作。在文件读取系统中，空对象类的read()方法可能返回一个空字符串或者特定的错误码，表示没有读取到任何内容，close()方法可能什么都不做。

工作原理

当客户端代码请求一个对象的服务时，它不需要知道这个对象是真实对象还是空对象。空对象会按照其预定义的默认行为来响应请求，而真实对象则会执行实际的功能。
比如，在一个游戏角色系统中，角色有一个武器装备接口。如果角色没有装备武器，不是返回一个空指针，而是返回一个空武器对象。当游戏逻辑调用武器的 “攻击” 方法时，真实武器对象会执行攻击计算等操作，而空武器对象的 “攻击” 方法可能只是返回一个表示 “没有造成伤害” 的值或者打印一条 “没有武器，无法攻击” 的消息。
代码示例
首先是抽象基类，以汽车驾驶接口为例：

class CarDriveInterface {
public:virtual void drive() = 0;virtual void stop() = 0;
};

真实对象类，比如普通汽车类：

class NormalCar : public CarDriveInterface {
public:void drive() override {std::cout << "正常驾驶汽车。" << std::endl;}void stop() override {std::cout << "汽车停止。" << std::endl;}
};

空对象类：

class NullCar : public CarDriveInterface {
public:void drive() override {std::cout << "没有汽车，无法驾驶。" << std::endl;}void stop() override {std::cout << "没有汽车，无需停止。" << std::endl;}
};

客户端代码使用示例：

class CarOwner {
private:CarDriveInterface* car;
public:CarOwner(CarDriveInterface* c) : car(c) {}void driveCar() {car->drive();}void stopCar() {car->stop();}
};

在main函数中使用：

int main() {CarDriveInterface* normalCar = new NormalCar();CarOwner owner1(normalCar);owner1.driveCar();owner1.stopCar();CarDriveInterface* nullCar = new NullCar();CarOwner owner2(nullCar);owner2.driveCar();owner2.stopCar();return 0;
}

在这个例子中，CarOwner类不需要判断它持有的car对象是真实汽车还是空汽车，因为空汽车对象已经有了自己的默认行为。

优点

减少空指针检查：
可以使代码更加简洁，减少了大量的空指针检查逻辑。在复杂的系统中，如果到处都需要检查对象是否为 NULL，代码会变得很杂乱，使用空对象模式可以避免这种情况。
提高代码可读性和可维护性：
代码的逻辑更加清晰，因为不需要频繁地处理特殊的空情况。例如，在一个员工管理系统中，如果没有员工对象就返回一个空对象，而不是 NULL，其他模块在调用员工相关的方法（如 “工作”“休息” 等）时，不需要复杂的空指针检查，直接调用方法即可，代码的可读性得到了提高。
增强代码的健壮性：
降低了因为空指针引用而导致程序崩溃的风险。即使在某些情况下对象不存在或者没有初始化，空对象的默认行为也可以让程序继续稳定地运行，而不是因为空指针异常而终止。

缺点

增加类的数量：
需要创建一个额外的空对象类，对于简单的系统来说，这可能会使代码看起来有些臃肿。如果有很多不同类型的对象都需要空对象模式，会导致类的数量显著增加。
可能隐藏错误：
如果空对象的默认行为没有设计好，可能会掩盖一些本应该被发现的错误。例如，在一个计算系统中，如果空对象的计算方法总是返回 0，可能会导致用户误以为计算是正确的，而实际上是因为使用了空对象而没有进行真正的计算。