C++常用的11種設(shè)計(jì)模式解釋及示例代碼詳解

更新時(shí)間：2023年02月07日 11:25:12 作者：特立獨(dú)行的貓a

c++常用的設(shè)計(jì)模式包括單例模式、工廠模式、抽象工廠模式、適配器模式、裝飾者模式、代理模式、外觀模式、橋接模式、組合模式、享元模式、觀察者模式和命令模式等，這篇文章主要介紹了C++常用的11種設(shè)計(jì)模式解釋及示例,需要的朋友可以參考下

c++常用的設(shè)計(jì)模式包括單例模式、工廠模式、抽象工廠模式、適配器模式、裝飾者模式、代理模式、外觀模式、橋接模式、組合模式、享元模式、觀察者模式和命令模式等。使用設(shè)計(jì)模式的好處：提高代碼的可讀性和可維護(hù)性；將常見的設(shè)計(jì)問題隔離程序的業(yè)務(wù)邏輯；重用已有的實(shí)現(xiàn)；消除重復(fù)代碼；消除手動(dòng)調(diào)整代碼以達(dá)到正確邏輯的所有痛苦。

工廠模式

C++工廠模式是一種模式，它是一種創(chuàng)建對(duì)象的有效方法。它允許我們使用一個(gè)類來負(fù)責(zé)創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)特定接口的不同具體類的實(shí)例，而無需明確指定該實(shí)例的具體類。通過抽象出一個(gè)工廠類來負(fù)責(zé)每個(gè)子類的實(shí)例化，使得代碼的可維護(hù)性大大增加。這種模式也使得添加新類型的實(shí)例變得容易，只要擴(kuò)展工廠類即可。

#include<iostream> 
using namespace std; 
 // A 'Product' class
class Product 
{ 
public: 
	virtual void show() = 0; 
}; 
 // A 'ConcreteProduct' class
class ConcreteProduct : public Product 
{ 
public: 
	void show() { cout << "I am a ConcreteProduct object" << endl; } 
}; 
 // A 'Creator' abstract class
class Creator 
{ 
public: 
	virtual Product* createProduct() = 0; 
}; 
 // A 'ConcreteCreator' class
class ConcreteCreator : public Creator 
{ 
public: 
	Product* createProduct() 
	{ 
		return new ConcreteProduct(); 
	} 
}; 
 // Client 
int main() 
{ 
	Creator* creator = new ConcreteCreator(); 
	Product* product = creator->createProduct(); 
	product->show(); 
	return 0; 
}

單例模式

單例 Singleton 是設(shè)計(jì)模式的一種，其特點(diǎn)是只提供唯一一個(gè)類的實(shí)例,具有全局變量的特點(diǎn)，在任何位置都可以通過接口獲取到那個(gè)唯一實(shí)例。

class Singleton
{
    private:
        static Singleton* instance;
        Singleton() { }
     public:
        static Singleton* getInstance() {
            if(instance == nullptr)
                instance = new Singleton();
            return instance;
        }
};
 Singleton* Singleton::instance = nullptr;

以上只是一種通用實(shí)現(xiàn)教學(xué)版，即懶漢版（Lazy Singleton）：單例實(shí)例在第一次被使用時(shí)才進(jìn)行初始化，這叫做延遲初始化，然而可能存在內(nèi)存泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，且這個(gè)代碼在單線程環(huán)境下是正確無誤的，但是當(dāng)拿到多線程環(huán)境下時(shí)這份代碼就會(huì)出現(xiàn)race condition。

C++11規(guī)定了local static在多線程條件下的初始化行為，要求編譯器保證了內(nèi)部靜態(tài)變量的線程安全性。在C++11標(biāo)準(zhǔn)下，《Effective C++》提出了一種更優(yōu)雅的單例模式實(shí)現(xiàn)，使用函數(shù)內(nèi)的 local static 對(duì)象。這樣，只有當(dāng)?shù)谝淮卧L問getInstance()方法時(shí)才創(chuàng)建實(shí)例。這種方法也被稱為Meyers' Singleton。C++0x之后該實(shí)現(xiàn)是線程安全的，C++0x之前仍需加鎖。

class Singleton
{
private:
	Singleton() { };
	~Singleton() { };
	Singleton(const Singleton&);
	Singleton& operator=(const Singleton&);
public:
	static Singleton& getInstance() 
        {
		static Singleton instance;
		return instance;
	}
};

適配器模式

C++ 適配器模式是一種結(jié)構(gòu)型設(shè)計(jì)模式，它允許現(xiàn)有的類在不修改其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下在其他類中可用。它使用適配器來將不兼容的接口轉(zhuǎn)換成用于目標(biāo)類的接口。適配器模式使客戶端能夠調(diào)用他們正在使用的接口，而實(shí)際上正在使用另一個(gè)接口，這個(gè)新接口已經(jīng)與客戶端的要求匹配。

#include <iostream> 
using namespace std; 
 // 定義接口 
class Target 
{ 
    virtual void request() = 0; 
}; 
 // 創(chuàng)建一個(gè)需要被適配的類 
class Adaptee 
{ 
    void specificRequest(); 
}; 
 // 創(chuàng)建一個(gè)適配器 
class Adapter : public Target 
{ 
    Adaptee *adaptee; 
 public: 
    Adapter(Adaptee *adaptee) { this->adaptee = adaptee; } 
    void request() 
    { 
        // 執(zhí)行specificRequest方法 
        adaptee->specificRequest(); 
    } 
}; 
 int main() 
{ 
    Adaptee *adaptee = new Adaptee(); 
    Target *target = new Adapter(adaptee); 
    target->request(); 
    return 0; 
}

外觀模式

在C++中，外觀模式是一種使用來簡化系統(tǒng)接口的模式。它由一個(gè)“外觀”類定義，這個(gè)類知道要包裝的一系列子系統(tǒng)類?？蛻艨梢酝ㄟ^外觀類直接訪問子系統(tǒng)中的功能而不必了解內(nèi)部細(xì)節(jié)。這樣會(huì)降低時(shí)間和精力，可以減少客戶端訪問子系統(tǒng)的數(shù)量，所以它是一種簡易的方法，用于整合子系統(tǒng)的接口。

Fa?ade模式
class ComputerFacade 
{ 
    private: 
        CPU *cpu; 
        Memory *mem; 
        HardDrive *hd; 
     public: 
        ComputerFacade() 
        { 
            cpu = new CPU(); 
            mem = new Memory(); 
            hd = new HardDrive(); 
        } 
         ~ComputerFacade() 
        { 
            delete cpu; 
            delete mem; 
            delete hd; 
        } 
        void startComputer() 
        { 
            cpu->freeze(); 
            mem->load(BOOT_ADDRESS, hd->read(BOOT_SECTOR, SECTOR_SIZE)); 
            cpu->execute(); 
        } 
};

代理模式

代理模式（Proxy Pattern）是一種結(jié)構(gòu)型設(shè)計(jì)模式，它為另外一個(gè)對(duì)象提供一個(gè)替代或占位符。當(dāng)客戶無法直接訪問另外一個(gè)對(duì)象時(shí)，代理就可以擔(dān)任中間人的角色，這樣，客戶就可以通過代理對(duì)象訪問那個(gè)對(duì)象了。C++ 可以使用代理模式來實(shí)現(xiàn)對(duì)象的訪問控制，可以使用該模式來管理對(duì)象的生命周期，也可以使用該模式來控制對(duì)象的訪問，以及在跨平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)方法調(diào)用。

/**
 * @file proxy.cpp
 * @brief 代理模式實(shí)現(xiàn)示例
 *
 * 代理模式用于在不直接訪問一個(gè)對(duì)象的情況下提供訪問方式。
 * 它通常由真實(shí)對(duì)象和代理對(duì)象代表，其中真實(shí)對(duì)象處理實(shí)際工作，而代理對(duì)象只是
 * 提供其接口，本文將使用 C++ 代碼來實(shí)現(xiàn)代理模式。
  */
 #include <iostream>
 // 真實(shí)對(duì)象基類
class RealObject 
{
 public:
  virtual void doSomething() = 0;
};
 // 真實(shí)對(duì)象實(shí)現(xiàn)類
class RealObjectImpl : public RealObject
{
 public:
  virtual void doSomething() 
  {
   std::cout << "Doing something in RealObjectImpl" << std::endl;
  }
};
 // 代理對(duì)象基類，保存一個(gè)指向 RealObjectImpl 
// 對(duì)象的指針
class ProxyObject 
{
 private:
  RealObject* m_realObject;
  public:
  ProxyObject() : m_realObject(nullptr)
  {
   m_realObject = new RealObjectImpl();
  }
   ~ProxyObject()
  {
   delete m_realObject;
   m_realObject = nullptr;
  }
   // 調(diào)用真實(shí)對(duì)象的 doSomething()
  void doSomething() 
  {
   if(m_realObject != nullptr) 
   {
    m_realObject->doSomething();
   }
  }
};
 int main() 
{
 ProxyObject proxyObject;
 proxyObject.doSomething();
  return 0;
}

橋接模式

C++橋接模式是一種設(shè)計(jì)模式，它把抽象和實(shí)現(xiàn)分離開來，以便兩者獨(dú)立地變化。此模式在不同的編程語言之間創(chuàng)建了一個(gè)“橋”，支持平臺(tái)無關(guān)性，以實(shí)現(xiàn)代碼重用。它通常由抽象類處理，以及一個(gè)“管理類”，該類將實(shí)現(xiàn)類注入抽象類中。

// Bridge Pattern – C++ 
#include <iostream> 
 // Abstract class having the implementation for the interface
class Shape 
{ 
public: 
	virtual void draw() = 0; 
	virtual ~Shape(){} 
}; 
 // Concrete class 1 
class Rectangle : public Shape 
{ 
public: 
	void draw() override 
	{ 
		std::cout << "Drawing a rectangle." << std::endl; 
	} 
}; 
 // Concrete class 2 
class Circle : public Shape 
{ 
public: 
	void draw() override 
	{ 
		std::cout << "Drawing a circle." << std::endl; 
	} 
}; 
 // Bridge between implementation and interface 
class DrawingAPI 
{ 
public: 
	virtual void drawCircle(double x, double y, double radius) = 0; 
	virtual void drawRectangle(double x, double y, double width, 
								double height) = 0; 
	virtual ~DrawingAPI() {} 
}; 
 // Concrete bridge 1 
class DrawingAPI1 : public DrawingAPI 
{ 
public: 
	void drawCircle(double x, double y, double radius) override 
	{ 
		std::cout << "API1.circle at " << x << ':' << y 
				<< ' ' << radius << std::endl; 
	} 
 	void drawRectangle(double x, double y, double width, 
						double height) override 
	{ 
		std::cout << "API1.rectangle at " << x << ':' << y 
				<< ' ' << width << 'x' << height << std::endl; 
	} 
}; 
 // Concrete bridge 2 
class DrawingAPI2 : public DrawingAPI 
{ 
public: 
	void drawCircle(double x, double y, double radius) override 
	{ 
		std::cout << "API2.circle at " << x << ':' << y 
				<< ' ' << radius << std::endl; 
	} 
	void drawRectangle(double x, double y, double width, 
						double height) override 
	{ 
		std::cout << "API2.rectangle at " << x << ':' << y 
				<< ' ' << width << 'x' << height << std::endl; 
	} 
}; 
 // Shape implementation using bridge 
class Shape1 : public Shape 
{ 
private: 
	DrawingAPI* m_drawingAPI; 
public: 
	Shape1(DrawingAPI* drawingAPI) 
		: m_drawingAPI(drawingAPI) 
	{ } 
 	void draw() override 
	{ 
		m_drawingAPI->drawCircle(1.0, 2.0, 3.0); 
	} 
}; 
 // Another shape using same bridge 
class Shape2 : public Shape 
{ 
private: 
	DrawingAPI* m_drawingAPI; 
public: 
	Shape2(DrawingAPI* drawingAPI) 
		: m_drawingAPI(drawingAPI) 
	{ } 
 	void draw() override 
	{ 
		m_drawingAPI->drawRectangle(4.0, 5.0, 6.0, 7.0); 
	} 
}; 
 // Client 
int main() 
{ 
	DrawingAPI* drawingAPI = new DrawingAPI1(); 
 	Shape* shapes[2] = 
	{ 
		new Shape1(drawingAPI), 
		new Shape2(drawingAPI) 
	}; 
 	for (Shape* shape : shapes) 
		shape->draw(); 
 	return 0; 
}

模板方法模式

模板方法模式是指定義一個(gè)操作中算法的框架，而將算法的一些步驟延遲到子類中實(shí)現(xiàn)。模板方法模式使得子類可以不改變算法的結(jié)構(gòu)即可重定義算法的某些特定步驟。它是一種行為設(shè)計(jì)模式，它定義一個(gè)算法的模板，將一些計(jì)算步驟推遲到子類中。在C++中，模板方法通常采用繼承機(jī)制實(shí)現(xiàn)，在基類中定義算法的框架，在子類中實(shí)現(xiàn)算法的某些步驟。

//Base class
template <class T> 
class Base 
{ 
public:
  void templateMethod() 
  { 
    step1(); 
    step2(); 
    step3(); 
    step4(); 
  } 
  virtual void step1() = 0; 
  virtual void step2() = 0; 
  virtual void step3() = 0; 
  virtual void step4() = 0; 
}; 
 //Derived class
template <class T> 
class Derived : public Base<T> 
{ 
public:
  Derived(T data):m_data(data) {} 
  virtual void step1() 
  { 
    std::cout<<"Step 1 with the data: "<< m_data <<std::endl; 
  } 
  virtual void step2() 
  { 
    std::cout<<"Step 2 with the data: "<< m_data <<std::endl; 
  } 
  virtual void step3() 
  { 
    std::cout<<"Step 3 with the data: "<< m_data <<std::endl; 
  } 
  virtual void step4() 
  { 
    std::cout<<"Step 4 with the data: "<< m_data <<std::endl; 
  } 
private:
  T m_data; 
}; 
 //Client 
int main() 
{ 
  Base<int> *b = new Derived<int>(10); 
  b->templateMethod(); 
  delete b; 
  return 0; 
}

策略模式

是一種行為設(shè)計(jì)模式，它定義了一組算法，他們可以以相同的接口共享。這種模式使用場(chǎng)景最多的就是在根據(jù)不同的條件選擇不同的行為時(shí)，可以使用此模式進(jìn)行解耦，使得你的代碼更加易于維護(hù)和擴(kuò)展，當(dāng)然也要看開發(fā)場(chǎng)景。

#include <iostream> 
using namespace std; 
// 抽象策略類
class Strategy 
{ 
public: 
    virtual void AlgorithmInterface() = 0; // 策略接口
}; 
// 具體策略類A 
class ConcreteStrategyA : public Strategy 
{ 
public:  
    void AlgorithmInterface() 
    { 
        cout<<"using algoritm A"<<endl; 
    } 
}; 
// 具體策略類B 
class ConcreteStrategyB : public Strategy 
{ 
public:  
    void AlgorithmInterface() 
    { 
        cout<<"using algoritm B"<<endl; 
    } 
}; 
// 環(huán)境類Context 
 class Context  
{ 
private: 
    Strategy * strategy;    // 私有策略類指針 
public: 
    Context(Strategy * pStrategy) 
    { 
        this->strategy = pStrategy; 
    } 
    void DoAction() 
    { 
        strategy->AlgorithmInterface();    // 使用策略類 
    } 
}; 
 // 使用
int main() 
{ 
    Context contextA(new ConcreteStrategyA); // 設(shè)定策略A 
    contextA.DoAction();  
    Context contextB(new ConcreteStrategyB);  // 設(shè)定策略B 
    contextB.DoAction(); 
    return 0; 
}

觀察者模式

觀察者模式是一種行為型設(shè)計(jì)模式，它允許多個(gè)“觀察者”被通知某些情況的變化。被觀察的對(duì)象（通常稱為被觀察者）將不斷發(fā)出關(guān)于自身狀態(tài)的更新通知，而這些觀察者則偵聽此變化并執(zhí)行相應(yīng)的操作。在C++中，觀察者模式可以使用虛函數(shù)，繼承，容器和模板類來實(shí)現(xiàn)。

#include <iostream>
#include <list>
 // 抽象被觀察者的接口
class Subject {
public:
    // 注冊(cè)觀察者
    virtual void Attach(Observer* pObserver) = 0;
    // 移除觀察者
    virtual void Detach(Observer* pObserver) = 0;
    // 通知所有觀察者
    virtual void Notify() = 0;
     virtual ~Subject(){}
};
 // 抽象觀察者的接口
class Observer {
public:
    // 響應(yīng)被觀察者的通知
    virtual void Update() = 0;
     virtual ~Observer(){}
};
 // 被觀察者
class ConcreteSubject : public Subject {
public:
    void Attach(Observer* pObserver) override {
        m_observers.push_back(pObserver);
    }
    void Detach(Observer* pObserver) override {
        m_observers.remove(pObserver);
    }
    void Notify() override {
        for (auto pObserver : m_observers)
            pObserver->Update();
    }
 private:
    std::list<Observer*> m_observers;
};
 // 具體觀察者
class ConcreteObserver1 : public Observer {
public:
    void Update() override {
        std::cout << "ConcreteObserver1 Update" << std::endl;
    }
};
 class ConcreteObserver2 : public Observer {
public:
    void Update() override {
        std::cout << "ConcreteObserver2 Update" << std::endl;
    }
};
 int main() {
    ConcreteSubject subject;
    ConcreteObserver1 observer1;
    ConcreteObserver2 observer2;
    subject.Attach(&observer1);
    subject.Attach(&observer2);
    subject.Notify();
    return 0;
}

責(zé)任鏈模式

責(zé)任鏈模式（Chain of Responsibility Pattern）是一種行為設(shè)計(jì)模式，它定義了請(qǐng)求的處理者對(duì)象之間的關(guān)系，并使多個(gè)處理者有機(jī)會(huì)處理該請(qǐng)求。當(dāng)發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求時(shí)，請(qǐng)求將沿著鏈條一直傳遞，直到鏈上的某一個(gè)處理者決定請(qǐng)求的處理方式。

#include<iostream> 
using namespace std; 
 //定義抽象類Handler 
class Handler 
{ 
protected: 
    Handler* successor; // 定義后繼對(duì)象 
public: 
    Handler() { 
        successor = NULL; 
    } 
    void SetSuccessor(Handler* suc) { 
        successor = suc; 
    } 
    virtual void HandleRequest() = 0; // 處理請(qǐng)求的抽象方法 
}; 
 //實(shí)現(xiàn)抽象類Handler 
class ConcreteHandler1 : public Handler 
{ 
public: 
    void HandleRequest() { 
        if (successor != NULL) { 
            cout << "ConcreteHandler1 放過請(qǐng)求" << endl; 
            successor->HandleRequest(); 
        } 
        else
        { 
            cout << "ConcreteHandler1 處理請(qǐng)求"<<endl; 
        } 
    } 
}; 
 class ConcreteHandler2 : public Handler 
{ 
public: 
    void HandleRequest() { 
        if (successor != NULL) { 
            cout << "ConcreteHandler2 放過請(qǐng)求" << endl; 
            successor->HandleRequest(); 
        } 
        else
        { 
            cout << "ConcreteHandler2 處理請(qǐng)求"<<endl; 
        } 
    } 
}; 
 //Client四 
int main(int argc, char* argv[]) 
{ 
    ConcreteHandler1* handler1 = new ConcreteHandler1(); 
    ConcreteHandler2* handler2 = new ConcreteHandler2(); 
    handler1->SetSuccessor(handler2); 
    handler1->HandleRequest(); 
    return 0; 
}

到此這篇關(guān)于C++常用的11種設(shè)計(jì)模式解釋及示例的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++常用的11種設(shè)計(jì)模式內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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