面向对象设计模式在C++中的实现案例

在C++中，面向对象设计模式通过封装、继承和多态三大特性实现代码的模块化与可维护性。封装通过访问控制符（private/protected）隐藏内部实现细节，例如将硬件驱动器的寄存器操作封装在类内部；继承则通过类层次结构实现代码复用，如基类Shape派生出Circle和Rectangle等具体图形类；多态则通过虚函数机制实现运行时动态绑定，使得同一接口可处理不同派生类对象。这些特性共同构成了设计模式的实现基础，例如工厂模式依赖多态创建对象，而策略模式则通过接口抽象实现算法替换。现代C++进一步通过模板元编程（TMP）和概念（Concepts）强化了设计模式的表达能力，使得模式实现更类型安全且高效。 在C++中，工厂模式通过抽象工厂接口实现对象创建的松耦合，典型案例如物流管理系统中的运输工具创建。基类Transport定义虚方法deliver()，派生类Truck和Ship分别实现陆路与海运逻辑。抽象工厂类TransportFactory提供createTransport()方法，其具体子类RoadFactory和SeaFactory根据需求返回相应运输工具实例。这种实现方式遵循开闭原则，新增运输方式（如空运）只需扩展工厂类而无需修改客户端代码。现代C++中，结合模板特化和SFINAE技术，可进一步实现编译期工厂选择，例如：

template<typename T> struct FactorySelector {     static Transport* create() { return new T(); } };  template<> struct FactorySelector<Truck> {     static Transport* create() { return new Truck(); } }; 

单例模式则通过静态局部变量保证线程安全的全局唯一实例，适用于数据库连接池等资源管理场景。C++11后，利用std::call_once和std::atomic可优化双重检查锁定实现：

class DatabasePool { private:     static std::once_flag flag;     static DatabasePool* instance;     DatabasePool() = default; // 私有化构造函数 public:     static DatabasePool& getInstance() {         std::call_once(flag, []{ instance = new DatabasePool(); });         return *instance;     } }; 

策略模式通过将可变算法封装为独立策略类实现运行时切换，例如支付系统中的不同结算方式。基类PaymentStrategy定义pay()接口，具体策略类CreditCardPayment和AlipayPayment实现不同支付逻辑。客户端通过组合持有策略对象，动态切换支付方式而无需修改核心代码。C++20引入的概念（Concepts）可增强策略模式的类型约束，确保策略类必须满足特定接口要求。这些模式在实际项目中可组合使用，如工厂模式创建策略对象，形成更复杂的架构设计。