c++设计模式的总结

什么是设计模式

        每一个模式模塑了一个我们周围不断重复发生的问题以及该问题的解决方案的核心方法

 

 

<think>首先,用户查询是:“C++设计模式汇总表格形式展示常见模式及其实现”。我需要以表格形式呈现C++设计模式的汇总。从系统级指令中,我了解到:-所有行内数学表达式必须使用$...$格式。-独立公式必须使用$$...$$$$格式并单独成段。-LaTeX语法正确。-使用中文回答。-生成相关问题。-在回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,例如[^1]。用户可见层要求:-回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题。-尽量保证回答真实可靠。参考站内引用:-引用[1]:提到了设计模式的原则和分类。-引用[2]:关于C++的priority_queue,但似乎不直接相关。-引用[3]:描述了结构型模式,强调组合或聚合优于继承。用户想要一个关于C++设计模式的总结表格,用于学习或快速查阅。所以,我应该创建一个表格,列出常见的C++设计模式,包括它们的名称、类别、描述和可能的实现示例。常见的设计模式包括:-创建型模式:如单例模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、建造者模式、原型模式。-结构型模式:如适配器模式、组合模式、装饰器模式、代理模式、享元模式、外观模式、桥接模式。-行为型模式:如迭代器模式、模板方法模式、策略模式、命令模式、状态模式、责任链模式、备忘录模式、观察者模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。我需要为每个模式提供一个简短的描述和一个C++实现的示例或关键点。由于用户要求表格形式,我应该使用Markdown表格来呈现。表格结构建议:-模式名称-类别(创建型、结构型、行为型)-描述-C++实现关键点或示例在回答中,我应该逐步构建:1.简要介绍设计模式。2.呈现表格。3.生成相关问题。确保使用中文。生成相关问题:-根据系统指令,在结尾生成相关问题,例如:“§§相关问题§§”后列出问题。引用标识:我需要自然地添加引用。例如,如果引用来自[1],在相关段落末尾添加[^1]。但用户提供的引用[1]是关于设计模式原则的,[3]是关于结构型模式的。所以,在描述时,可以引用这些。我的回答结构:1.开头介绍设计模式C++中的应用。2.创建一个Markdown表格。3.在表格后,添加相关问题。4.确保语言是中文。表格内容:-列出主要的设计模式。-对于每个模式,提供一个简短的描述和C++实现提示。-实现提示可以是代码片段或关键概念。例如:-单例模式:确保一个类只有一个实例。C++实现:使用静态成员、私有构造函数等。-工厂方法模式:定义一个接口来创建对象。C++实现:使用抽象基类和派生类。为了节省空间,描述要简洁。最终表格列:-模式名称-类别-描述-C++实现关键点相关问题:-如“如何选择合适的设计模式?”、“C++设计模式的优缺点?”、“实际项目中的应用案例?”现在,构建表格。</think>### C++设计模式汇总 设计模式是解决软件设计中常见问题的可重用方案,在C++中广泛应用。它们分为三类:创建型模式(处理对象创建)、结构型模式(组织类和对象结构)、行为型模式(定义对象间交互)。以下表格总结了常见设计模式及其在C++中的实现关键点,便于快速查阅和学习[^1][^3]。 | 模式名称 | 类别 | 描述 | C++实现关键点或示例 | |------------------|------------|------------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------| | **单例模式** | 创建型 | 确保一个类只有一个实例,并提供全局访问点。 | 使用静态成员、私有构造函数、双检锁(线程安全):`static Singleton* instance;` 和 `if (!instance) { lock_guard<mutex> lock(mtx); if (!instance) instance = new Singleton(); }`[^1] | | **工厂方法模式** | 创建型 | 定义一个接口来创建对象,由子类决定实例化哪个类。 | 抽象基类定义虚工厂方法:`virtual Product* createProduct() = 0;`,派生类重写具体实现[^1]。 | | **抽象工厂模式** | 创建型 | 提供接口创建相关或依赖对象的家族,无需指定具体类。 | 定义抽象工厂接口:`class AbstractFactory { virtual Button* createButton() = 0; }`,每个产品族对应一个具体工厂类[^1]。 | | **建造者模式** | 创建型 | 分步构建复杂对象,允许不同表示。 | 使用建造者类:`class Director { void construct(Builder& b) { b.buildPartA(); b.buildPartB(); } }`,产品通过建造者组装[^1]。 | | **原型模式** | 创建型 | 通过复制现有对象创建新对象,避免重复初始化。 | 实现`clone()`方法:`virtual Prototype* clone() const { return new Prototype(*this); }`,使用深拷贝处理资源[^1]。 | | **适配器模式** | 结构型 | 使不兼容接口的类能协同工作。 | 对象适配器:组合目标对象并实现新接口:`class Adapter : public Target { private: Adaptee* adaptee; }`[^3]。 | | **组合模式** | 结构型 | 将对象组合成树形结构以表示部分-整体层次。 | 定义组件接口:`class Component { virtual void operation() = 0; }`,叶子和容器继承该接口[^3]。 | | **装饰器模式** | 结构型 | 动态添加职责到对象,避免子类膨胀。 | 使用装饰器类继承组件:`class Decorator : public Component { protected: Component* component; }`,并重写方法[^3]。 | | **代理模式** | 结构型 | 为其他对象提供代理以控制访问。 | 代理类实现与主题相同接口:`class Proxy : public Subject { private: RealSubject* realSubject; }`,延迟初始化或添加安全检查[^3]。 | | **享元模式** | 结构型 | 共享细粒度对象以减少内存使用。 | 使用工厂管理共享对象:`class FlyweightFactory { map<string, Flyweight*> pool; }`,内部状态共享,外部状态传递[^3]。 | | **外观模式** | 结构型 | 为子系统提供简化接口。 | 外观类封装子系统调用:`class Facade { SubsystemA* a; SubsystemB* b; void simpleCall() { a->call(); b->call(); } }`[^3]。 | | **桥接模式** | 结构型 | 将抽象与实现分离,使两者能独立变化。 | 定义抽象类和实现类接口:`class Abstraction { protected: Implementor* impl; }`,通过组合关联两者[^3]。 | | **策略模式** | 行为型 | 定义一系列算法,使其可互换。 | 策略接口:`class Strategy { virtual void execute() = 0; }`,上下文类持有策略指针:`context.setStrategy(new ConcreteStrategy)`[^1]。 | | **观察者模式** | 行为型 | 定义一对多依赖,对象状态变更时通知依赖者。 | 主题维护观察者列表:`vector<Observer*> observers;`,通知时调用`notify()`遍历调用`update()`[^1]。 | | **模板方法模式** | 行为型 | 在父类中定义算法框架,子类重写特定步骤。 | 基类定义模板方法:`void Template::execute() { step1(); step2(); }`,虚函数`step1()`由子类实现[^1]。 | | **状态模式** | 行为型 | 允许对象在内部状态改变时改变行为。 | 状态接口:`class State { virtual void handle() = 0; }`,上下文持有状态对象,状态变更时切换行为[^1]。 | | **责任链模式** | 行为型 | 将请求沿处理链传递,直到有对象处理它。 | 处理器类:`class Handler { Handler* next; virtual void handleRequest() { if (next) next->handleRequest(); } }`[^1]。 | | **迭代器模式** | 行为型 | 提供顺序访问聚合对象元素的方法。 | 定义迭代器接口:`class Iterator { virtual bool hasNext() = 0; virtual T next() = 0; }`,聚合类提供`createIterator()`[^1]。 | ### 关键说明 - **实现原则**:在C++中优先使用组合或聚合(如代理模式中的对象持有),而非继承,以降低耦合度并满足合成复用原则[^3]。 - **适用场景**:单例模式用于全局配置管理;观察者模式用于事件驱动系统;策略模式用于算法切换(如排序策略)。 - **性能考虑**:设计模式可能引入间接开销(如虚函数调用),但能提升代码可维护性和扩展性。
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