设计模式通常分为三大类:
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创建型模式(Creational Patterns):负责对象创建的机制,主要解决对象创建过程中的复杂性和灵活性问题。
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结构型模式(Structural Patterns):负责处理类或对象之间的关系,简化这些关系并提高代码的可复用性和维护性。
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行为型模式(Behavioral Patterns):负责对象之间的通信和算法的行为,提供松耦合的方式进行对象间的交互。
下面对常见的设计模式做详细讲解。
创建型模式
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单例模式(Singleton Pattern)
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定义:确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。
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适用场景:需要控制某个类的实例化次数,例如配置管理类、日志记录类。
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实现方式:通过私有化构造函数,提供一个静态方法获取唯一的实例。
class Singleton { private:static Singleton* instance;Singleton() {} // 私有化构造函数 public:static Singleton* getInstance() {if (instance == nullptr) {instance = new Singleton();}return instance;} };
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工厂模式(Factory Pattern)
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定义:定义一个接口用于创建对象,但让子类决定实例化哪个类。
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适用场景:对象创建逻辑复杂,需要多种类型对象时。
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实现方式:将对象的创建逻辑封装在工厂类中。
class Product { public:virtual void use() = 0; }; class ConcreteProductA : public Product { public:void use() override { cout << "使用产品A" << endl; } }; class ConcreteProductB : public Product { public:void use() override { cout << "使用产品B" << endl; } }; class Factory { public:static Product* createProduct(char type) {if (type == 'A') return new ConcreteProductA();if (type == 'B') return new ConcreteProductB();return nullptr;} };
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抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern)
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定义:提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口,而无需指定具体的类。
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适用场景:需要生产一系列相关产品时(如 UI 组件库)。
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实现方式:通过工厂类创建多个产品家族。
class Button { public:virtual void render() = 0; }; class MacButton : public Button { public:void render() override { cout << "Mac按钮" << endl; } }; class WindowsButton : public Button { public:void render() override { cout << "Windows按钮" << endl; } }; class GUIFactory { public:virtual Button* createButton() = 0; }; class MacFactory : public GUIFactory { public:Button* createButton() override { return new MacButton(); } }; class WindowsFactory : public GUIFactory { public:Button* createButton() override { return new WindowsButton(); } };
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结构型模式
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适配器模式(Adapter Pattern)
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定义:将一个类的接口转换为客户希望的另一个接口,适配器模式使得原本接口不兼容的类可以协同工作。
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适用场景:需要整合现有类的功能,但接口不一致时。
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实现方式:定义一个适配器类,继承或组合需要适配的类,并实现目标接口。
class Target { public:virtual void request() = 0; }; class Adaptee { public:void specificRequest() { cout << "特殊请求" << endl; } }; class Adapter : public Target { private:Adaptee* adaptee; public:Adapter(Adaptee* a) : adaptee(a) {}void request() override { adaptee->specificRequest(); } };
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代理模式(Proxy Pattern)
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定义:为另一个对象提供一种代理,以控制对该对象的访问。
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适用场景:需要控制或延迟访问某个对象时(如远程代理、虚拟代理)。
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实现方式:代理类持有被代理类的实例,并控制访问。
class Subject { public:virtual void request() = 0; }; class RealSubject : public Subject { public:void request() override { cout << "真实请求" << endl; } }; class Proxy : public Subject { private:RealSubject* realSubject; public:void request() override {if (!realSubject) realSubject = new RealSubject();realSubject->request();} };
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装饰者模式(Decorator Pattern)
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定义:动态地给对象添加额外的功能。
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适用场景:需要在不改变类定义的情况下增强对象功能时。
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实现方式:通过组合对象,将装饰功能附加到被装饰对象上。
class Component { public:virtual void operation() = 0; }; class ConcreteComponent : public Component { public:void operation() override { cout << "基本操作" << endl; } }; class Decorator : public Component { protected:Component* component; public:Decorator(Component* c) : component(c) {}void operation() override { component->operation(); } }; class ConcreteDecorator : public Decorator { public:ConcreteDecorator(Component* c) : Decorator(c) {}void operation() override {Decorator::operation();cout << "附加操作" << endl;} };
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行为型模式
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观察者模式(Observer Pattern)
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定义:定义对象间的一对多依赖,当一个对象改变状态时,所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。
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适用场景:当一个对象的状态变化需要通知多个对象时(如事件系统)。
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实现方式:定义主题和观察者接口,主题保存观察者列表,并在状态改变时通知它们。
class Observer { public:virtual void update() = 0; }; class Subject { private:vector<Observer*> observers; public:void attach(Observer* observer) { observers.push_back(observer); }void notify() {for (auto* observer : observers) {observer->update();}} }; class ConcreteObserver : public Observer { public:void update() override { cout << "收到更新通知" << endl; } };
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状态模式(State Pattern)
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定义:允许对象在内部状态发生改变时改变其行为,对象看起来像是改变了其类。
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适用场景:对象的行为依赖于状态,并且状态之间可以相互转换时(如状态机、交易状态)。
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实现方式:将不同的状态封装成独立的类,通过状态类处理相应的逻辑。
class State { public:virtual void handle() = 0; }; class ConcreteStateA : public State { public:void handle() override { cout << "处理状态A" << endl; } }; class ConcreteStateB : public State { public:void handle() override { cout << "处理状态B" << endl; } }; class Context { private:State* state; public:Context(State* s) : state(s) {}void setState(State* s) { state = s; }void request() { state->handle(); } };
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总结
设计模式通过定义抽象的结构和行为来解决具体的开发问题。它们可以提高代码的可复用性、灵活性和可维护性。合理运用设计模式能使代码更加简洁、易读和易扩展。