c++23种设计模式

设计模式

设计模式（Design Pattern）代表了最佳的实践，在面向对象的编程中被很多老鸟们反复使用。使用设计模式有很多好处：

• 可重用代码
• 保证代码可靠性
• 使代码更易被他人理解

设计模式六大原则

• a. 单一职责原则：就一个类来说，应该只有一个引起它变化的原因
  一个类做一件事情，避免职责过多。比如这种情况是不太好的，在一个 Activity中既有 bean 文件，又有 http 请求，还有 adapter 等等，这就导致我们需要修改任何一个东西的时候都会导致 Activity 的改变，这样一来就有多个引起它变化的原因，不符合单一职责原则

• b. 开放封闭原则：类，模块，函数应该是可以扩展的，但是不可以修改

对于扩展是开放的，对于修改是封闭的。尽量做到面对需求的改变时，我们的代码能保持相对稳定，通过扩展的方式应对变化，而不是修改原有代码实现

• c. 里氏替换原则：所有引用基类的地方，必须可以透明的时候其子类的对象

里氏替换原则是实现开放封闭原则的重要方式之一，我们知道，使用基类的地方都可以使用子类去实现，因为子类拥有基类的所有方法，所以在程序设计中尽量使用基类类型对对象进行定义，在运行时确定子类类型。

• d. 依赖倒置原则：高层模块不应该依赖于底层模块，两者都应该依赖于抽象，抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象

依赖倒置原则针对的是模块之间的依赖关系，高层模块指调用端，底层模块指具体的实现类，抽象指接口或抽象类，细节就是实现类。该原则的具体表现就是模块间的依赖通过抽象发生，直线类之间不发生直接依赖关系，依赖通过接口或抽象类产生，降低耦合，比如 MVP 模式下，View 层和 P 层通过接口产生依赖关系

• e. 迪米特原则（最少知识原则）：一个软件实体应该尽可能少的与其他实体发生相互作用

迪米特原则要求我们在设计系统时，尽量减少对象之间的交互

• f. 接口隔离原则：一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上

接口隔离原则的关键是接口以及这个接口要小，如何小呢，也就是我们要为专门的类创建专门的接口，这个接口只对它有效，不要试图让一个接口包罗万象，要建立最小的依赖关系

什么是 GoF

GoF：Gang of Four，也称为“四人组”，即：EErich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides 四人。

1994 年，这几位大牛合著出版了一本名为《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》（即：《设计模式》）的书。该书首次提到了软件开发中设计模式的概念，将设计模式提升到理论高度，并将之规范化。书中提及了 23 种基本设计模式，时至今日，在可复用面向对象软件的发展过程中，新的设计模式仍然不断出现。

设计模式的类型

根据《设计模式》参考书，共有 23 种设计模式，这些模式可以分为三类：

创建型模式

• 单例模式（Singleton Pattern）保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

• 抽象工厂模式 （Abstract Factory Pattern）
  提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

• 建造者模式（Builder Pattern）
  将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

• 工厂方法模式 （Factory Method Pattern）
  定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。Factory Method 使一个类的实例化延迟到其子类。

• 原型模式（Prototype Pattern）
  用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这个原型来创建新的对象。

结构型模式

• 适配器模式（Adapter Pattern）
  将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。Adapter 模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。

• 桥接模式（Bridge Pattern）
  将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。

• 装饰者模式（Decorator Pattern）
  动态地给一个对象添加一些额外的职责。就扩展功能而言，它比生成子类方式更为灵活。

• 组合模式（Composite Pattern）
  将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。它使得客户对单个对象和复合对象的使用具有一致性。

• 外观模式（Facade Pattern）
  为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，Facade 模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。

• 享元模式（Flyweight Pattern）
  运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

• 代理模式（Proxy Pattern）
  为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。

行为型模式

• 模版方法模式 （Template Method Pattern）
  定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。Template Method 使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

• 命令模式（Command Pattern）
  将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可取消的操作。

• 迭代器模式（Iterator Pattern）
  提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部表示。

• 观察者模式（Observer Pattern）
  定义对象间的一种一对多的依赖关系，以便当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并自动刷新。

• 中介者模式（Mediator Pattern）
  用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。

• 备忘录模式 （Memento Pattern）
  在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到保存的状态。

• 解释器模式（Interpreter Pattern）
  给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，该解释器使用该表示来解释语言中的句子。

• 状态模式（State Pattern）
  允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它所属的类。

• 策略模式（Strategy Pattern）
  定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可相互替换。本模式使得算法的变化可独立于使用它的客户端。

• 职责链模式 （Chain of Responsibility Pattern）
  为解除请求的发送者和接收者之间耦合，而使多个对象都有机会处理这个请求。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它。

• 访问者模式 （Visitor Pattern）
  表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你可以在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。

常见设计模式介绍

1、单例模式

意图：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。

如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。

关键代码：构造函数是私有的。

应用实例： 1、一个党只能有一个书记。 2、Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。 3、一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

优点： 1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。 2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

使用场景： 1、要求生产唯一***。 2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。 3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

注意事项：getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。

2、工厂模式

在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。

意图：定义一个创建对象的接口，让其子类自己决定实例化哪一个工厂类，工厂模式使其创建过程延迟到子类进行。

主要解决：主要解决接口选择的问题。

何时使用：我们明确地计划不同条件下创建不同实例时。

如何解决：让其子类实现工厂接口，返回的也是一个抽象的产品。

关键代码：创建过程在其子类执行。

使用工厂模式最主要的好处是什么？在哪里使用？

工厂模式的最大好处是增加了创建对象时的封装层次。如果你使用工厂来创建对象，之后你可以使用更高级和更高性能的实现来替换原始的产品实现或类，这不需要在调用层做任何修改。

3、抽象工厂模式

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是围绕一个超级工厂创建其他工厂。该超级工厂又称为其他工厂的工厂。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

在抽象工厂模式中，接口是负责创建一个相关对象的工厂，不需要显式指定它们的类。每个生成的工厂都能按照工厂模式提供对象。

意图：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

主要解决：主要解决接口选择的问题。

何时使用：系统的产品有多于一个的产品族，而系统只消费其中某一族的产品。

如何解决：在一个产品族里面，定义多个产品。

关键代码：在一个工厂里聚合多个同类产品。

4、观察者模式

当对象间存在一对多关系时，则使用观察者模式（Observer Pattern）。比如，当一个对象被修改时，则会自动通知它的依赖对象。观察者模式属于行为型模式。

意图：定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。

主要解决：一个对象状态改变给其他对象通知的问题，而且要考虑到易用和低耦合，保证高度的协作。

何时使用：一个对象（目标对象）的状态发生改变，所有的依赖对象（观察者对象）都将得到通知，进行广播通知。

如何解决：使用面向对象技术，可以将这种依赖关系弱化。

关键代码：在抽象类里有一个 ArrayList 存放观察者们。