C++ 设计模式 1：概述

1 设计模式概述

1.1 定义

设计模式是在特定环境下人们解决某类重复出现问题的一套成功或有效的解决方案。

1.2 设计模式的种类

GoF 提出的设计模式有 23 个，包括：

• 创建型模式：如何创建对象，这些设计模式提供了一种在创建对象的同时隐藏创建逻辑的方式，而不是使用 new 运算符直接实例化对象。这使得程序在判断针对某个给定实例需要创建哪些对象时更加灵活。

• 结构性模式：如何实现类或对象的组合，获得更大的结构，获得新功能的方式。

• 行为型模式：类或对象怎样交互以及怎样分配职责，这些设计模式特别关注对象之间的通信。

有一个“简单工厂模式”不属于 GoF 提出的 23 种设计模式，但大部分的设计模式都会对它进行专门的介绍。

设计模式目前种类：GoF 的 23 种 + “简单工厂模式” = 24 种

1.3 设计模式总览

1.3.1 创建型模式

创建型模式：如何创建对象，这些设计模式提供了一种在创建对象的同时隐藏创建逻辑的方式，而不是使用 new 运算符直接实例化对象。这使得程序在判断针对某个给定实例需要创建哪些对象时更加灵活。

1.3.1.1 单例模式

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。

1.3.1.2 简单工厂模式

通过专门定义一个类来负责创建其他类的实例，被创建的实例通常都具有共同的父类。

1.3.1.3 工厂模式

定义一个创建产品对象的工厂结构，将实际创建工作推迟到子类中。

1.3.1.4 抽象工厂模式

提供一个创建一系列相关或者相互依赖的接口，而无需制定他们具体的类。

1.3.1.5 原型模式

用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。

1.3.1.6 建造者模式

将一个复杂的构建与其表示相分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

1.3.2 结构型模式

结构性模式：如何实现类或对象的组合，获得更大的结构，获得新功能的方式。

1.3.2.1 适配器模式

将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。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。

1.3.2.2 桥接模式

将抽象部分与实际部分分离，使它们都可以独立的变化。

1.3.2.3 组合模式

将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

1.3.2.4 装饰模式

动态的给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说，此模式比生成子类更加灵活。

1.3.2.5 外观模式

为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，此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。

1.3.2.6 享元模式

以共享的方式高效的支持大量的细粒度的对象。

1.3.2.7 代理模式

为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

1.3.3 行为型模式

行为型模式：类或对象怎样交互以及怎样分配职责，这些设计模式特别关注对象之间的通信。

1.3.3.1 职责链模式

在该模式里，很多对象由每一个对象对其下家的引用而连接起来形成一条链。请求在这个链上传递，直到链上的某一个对象决定处理此请求，这使得系统可以在不影响客户端的情况下动态地组织链和分配责任。

1.3.3.2 命令模式

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端进行参数化，如对请求排队或记录请求日志，以及可撤销的操作。

1.3.3.3 解释器模式

如何为简单的语言定义一个语法，如何在该语言中表示一个句子，以及如何解释这些句子。

1.3.3.4 迭代器模式

提供了一种方法顺序来访问一个聚合对象中的各个元素，而又不需要暴露该对象的内部表示。

1.3.3.5 中介者模式

定义一个中介对象来封装系列对象之间的交互。中介者使各个对象不需要显式的相互调用，从而使其耦合性松散，而且可以独立的改变他们之间的交互。

1.3.3.6 备忘录模式

在不破坏封装的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。

1.3.3.7 观察者模式

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。

1.3.3.8 状态模式

对象的行为，依赖于它所处的状态。

1.3.3.9 策略模式

准备一组算法，并将每一个算法封装起来，使得他们可以互换。

1.3.3.10 模板模式

一个抽象类公开定义了执行它的方法的方式/模板。它的子类可以按需要重写方法实现，但调用将以抽象类中定义的方式进行。这种类型的设计模式属于行为型模式。

模板方法模式定义了一个算法的步骤，并允许子类为一个或多个步骤提供其实践方式。让子类在不改变算法架构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。

1.3.3.11 访问者模式

表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作，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。

2 设计模式的原则

对于面向对象软件系统的设计而言，在支持可维护性的同时，提高系统的可复用性是一个至关重要的问题，如何同时提高一个软件系统的可维护性和可复用性是面向对象设计需要解决的核心问题之一。在面向对象设计中，可维护性的复用是以设计原则为基础的。

每一个原则 都蕴含一些面向对象设计的思想，可以 从不同的角度 提升一个软件结构的设计水平。

面向对象设计原则为支持可维护性复用而诞生，这些原则蕴含在很多设计模式中，它们是从许多设计方案中总结出的指导性原则。面向对象设计原则也是我们用于评价一个设计模式的使用效果的重要指标之一。

原则的目的：高内聚，低耦合。

2.1 单一职责原则

类的职责单一，对外只提供一种功能，而引起类变化的原因都应该只有一个。

2.2 开闭原则

类的改动是通过增加代码进行的，而不是修改源代

码。

2.3 里氏代换原则

任何抽象类出现的地方都可以用他的实现类进行替换，实际就是虚拟机制，语言级别实现面向对象功能。

2.4 依赖倒转原则

依赖于抽象(接口)，不要依赖具体的实现(类)，也就是针对接口编程。

2.5 接口隔离原则

不应该强迫用户的程序依赖他们不需要的接口方法。一个接口应该只提供一种对外功能，不应该把所有操作都封装到一个接口中。

2.6 合成复用原则

如果使用继承，会导致父类的任何变换都可能影响到子类的行为。如果使用对象组合，就降低了这种依赖关系。对于继承和组合，优先使用组合。

2.7 迪米特原则

一个对象应当对其他对象尽可能少的了解，从而降低各个对象之间的耦合，提高系统的可维护性。例如在一个程序中，各个模块之间相互调用时，通常会提供一个统一的接口来实现。这样其他模块不需要了解另外一个模块的内部实现细节，这样当一个模块内部的实现发生改变时，不会影响其他模块的使用。（黑盒原理）