常用设计模式C++代码实现

本文深入探讨软件设计的六大核心原则:单一职责、开放封闭、里氏替换、依赖倒置、接口隔离及最少知识原则,旨在提升代码质量,实现高内聚低耦合。同时,介绍了常见设计模式的C++实现,助力开发者掌握优秀的设计理念。

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设计原则

  1. 单一职责原则

    一个类只承担一个职责,或者说一个函数的功能要保证单一,不要太复杂,否则进行修改时,会造成其他模块部件极大影响,取决于该函数被调用的次数,如果该函数在整个系统中频繁被调用,那么对于该函数的修改对整个系统是致命的。

  2. 开放封闭原则

    类、模块、函数可以去扩展,但不要去修改。

    修改对于大型程序的影响是致命的,导致的问题是Bug一个接一个,改了东来了西。

    如果要修改代码,尽量用继承或者组合的方式来扩展类的功能,而不是直接修改类的代码。

    如果能够保证对整个架构不会产生任何影响,可以直接修改类

  3. 里氏替换原则

    函数内部使用父类的指针或者引用以使得能够使用子类对象时去调用函数能够事先不需要知道具体使用的哪一个具体的子类对象。

    子类需要重写调用的方法以达到类使用能够达到多态的目的。

  4. 依赖倒置原则

    高层模块不应该依赖于底层,而应该依赖于抽象。抽象不应该依赖于细节,细节应该依赖于抽象。

    应该面向接口编程,不应该面向实现类编程。

    面向于实现类编程相当于就事论事,属于正向依赖

    面向接口编程,相当于透过现象看本质,抓住事物共性,属于反向依赖,即依赖倒置。

  5. 接口隔离原则

    不要对外暴露没有实际意义的接口,外部如果对其调用过多,修改该接口时会造成灾难性的后果,所以需要严格控制接口的访问权限。

  6. 最少知识原则

    尽量减少对象之间的交互,从而减小类之间的耦合。做系统设计时,不要让一个类,依赖太多的其他的类,需尽量减小依赖关系。

遵循以上所有原则主要是为了程序设计达到“高内聚低耦合”,避免修改BUG到无法改动的结果。

设计模式

以下项目常用设计模式C++实现针对23种设计模式种的常用模式进行了C++代码的相应实现,原创代码,代码处有考虑不周之处欢迎指正。

实验一 C++简单程序设计(2学时) 1.编程计算图形的面积。程序可以计算圆形、长方形、正方形的面积、运行时先提示用户选择图形类型,然后,对圆形要求用户输入半径、对长方形要求用户输入长和宽的值,对正方形要求用户输入边长,计算出面积后将其显示出来。要求使用debug调试功能观察程序运行中变量值的变化情况。 2.定义一个表示时间的结构体,可以精确的表示年、月、日、小时、分、秒;提示用户输入年、月、日、小时、分、秒的值,然后完整地显示出来。 实验二 函数的应用(2学时) 1.编写重载函数Max1,分别求出两个整数,两个双精度数,三个整数,三个双精度数的最大值。 2.使用重载函数模板重新实现上面的函数Max1。 要求:(1)练习重载函数的使用;(2) 练习函数模板的使用。 实验三 类与对象(2学时) 1.声明一个Dog类,包含age、weight等属性,以及对这些属性操作的方法。实现并测试这个类。 2.设计并测试一个名为Rectangle的矩形类,其属性为矩形的左下角和右上角两个点的坐标,有成员函数能计算矩形的面积。 3.定义一个CPU类,包含等级、频率,电压等属性,并编写构造函数、析构函数,以及成员函数run、stop模拟CPU的状态。其中,等级为整型,频率为单位是兆赫兹的整数,电压为浮点型。要求自己设计各个属性的标识。 4.定义一个简单的Computer类,包含数据成员cpu、ram、cdrom等等,有两个成员函数run、stop。其中cpu为CPU类的一个对象,ram为RAM类的一个对象,cdrom为CDROM类的一个对象,定义并实现这个类。 5.(必做)设计一个用于人事管理的People类。考虑到通用性,可以只抽象出所有人员都 具有的属性:number(编号),sex(性别) ,birthday(出生日期),id(身份证号)等等。其中“出生日期”定义为一个“日期”类内嵌子对象。用成员函数实现对人员函数的录入和显示。要求包括:编写构造函数和析构函数、拷贝构造函数、内联成员函数,类的组合。 实验四 C++程序的结构(2学时) 1.编写程序,实现并测试客户机(Client)类。定义字符型静态数据成员ServerName[10],保存其服务器名称;整型静态数据成员ClientNum,记录定义的客户数量;定义静态函数ChangeServerName()改变服务器名称。在头文件client.h中定义类,在文件client.cpp中实现,在文件test.cpp中测试这个类,观察相应的成员变量的取值的变化情况。 2、在实验三题目5编写的人员类中设计适当的方法来实现类中数据的共享性,并采用多文件结构实现程序。 3.(选做)定义类X、Y、Z,函数h(X *),满足:类X有私有成员i,Y的成员函数g(X *)是X的友元函数,实现对X的成员i加1,类Z是类X的友元类,其成员函数f(X *)实现对X的成员i加5,函数h(X *)是X的友元函数,实现对X的成员i加10。在一个文件中声明类,在一个文件中实现类,在另一个文件中测试类。 实验五 继承和派生(2学时) 1.设计并定义一个交通工具类,并通过该类派生出新的类,编写程序定义这些类并测试它; 2.(选做)声明一个基类Shape,在此基础上派生Rectangle和Circle,二者都有GetArea()函数计算对象的面积,编写程序测试。 3.(选做)声明一个哺乳动物类Mammal,再由此派生出狗类Dog,定义一个Dog类的对象,观察基类与派生类的构造函数和析构函数的调用顺序。 4.完善实验四第2题的程序,具体要求如下: 任务1:从people(人员)类派生出student(学生)类,添加属性:学校、学院、专业、班号、入学成绩,设计相应的成员函数(构造函数,拷贝构造函数,录入函数,显示函数)。 任务2:从people类派生出teacher(教师)类,添加属性:职务,部门,职称。并设计相应的成员函数。 任务3:从student类派生出graduate(研究生)类,添加属性:导师,研究方向。并设计相应的成员函数。 任务4:编写程序来测试这个类。 实验六 小型学生管理系统的设计与实现1(2学时) 设计学生类、课程类、成绩类及相应的成员函数。要求能实现学生的信息、课程信息和成绩信息的增加、修改、删除与查询。 实验七 多态性(2学时) 1.定义Point类,有坐标X和Y两个成员变量,对Point类重载++和――运算符,实现对坐标值的改变。 2.定义一个车(Vehicle)类,有run,stop等成员函数,由此派生出自行车(bicycle)类、汽车(car)类,由bicycle类和car类派生出摩托车(motocar)类,它们都包含run,stop等成员函数,编写相应的虚函数并测试
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