设计模式

zcoder.2024-04-26 19:10

一、设计模式是什么

  • 设计模式是指在软件开发中，经过验证 的，用于解决在特定环境 下，重复出现 的，特定问题的解决方案。
  • 解决问题的固定套路。
  • 慎用设计模式。

二、设计模式是怎么来的

  • 满足设计原则 后，慢慢迭代出来的。

三、设计模式解决了什么问题

  • 前提：具体需求既有稳定点 ，又有变化点。
  • 期望修改少量的代码，就可以适应需求的变化。
  • 比喻：整洁的房间，好动的猫，怎么保证房间的整洁 → 把猫关在一个笼子里。

四、设计模式基础

  • 面向对象的思想：
    • 封装：隐藏实现细节，实现模块化。
    • 继承：无需修改原有类的情况下通过继承实现对功能的扩展。
    • 多态：
      • 静态多态：函数重载。
      • 动态多态：继承中虚函数重写。
  • 设计原则：
    • 依赖倒置：
      • 代码实现要依赖接口，接口又可以转化为抽象，也就是代码实现要依赖抽象，用户使用也需要依赖抽象。
      • 用户使用和代码实现的解耦，也就是接口的使用者不依赖具体的实现 。
    • 开闭原则：对扩展开放，对修改关闭。封装、多态。
    • 面向接口：封装。
    • 封装变化点：封装、多态。
    • 单一职责：封装。
    • 里氏替换：多态。
    • 接口隔离。
    • 组合优于继承。
    • 最小知道原则：封装。

五、设计模式学习步骤

  • 该设计模式解决了什么问题 → 稳定点 、变化点。
  • 该设计模式的代码结构是什么。
  • 该设计模式符合哪些设计原则。
  • 如何在该设计模式上扩展代码。
  • 该设计模式有哪些典型应用场景。

六、模板方法

  • 解决的问题：
    • 稳定点：算法的骨架。
    • 变化点：子流程需要变化。
  • 符合哪些设计原则：
    • 单一职责：只暴露算法的骨架接口，其它的子流程接口都用 protected 或 private 封装起来。
    • 开闭原则：不能改变算法的骨架，只能修改子流程。
    • 依赖倒置。
      • 子类扩展时，需要依赖基类的虚函数实现。
      • 使用者只依赖接口。
    • 封装变化点：变化的地方通过 protected 暴露给子类去扩展。
    • 接口隔离：通过 protected、private 隔离接口。
    • 最小知道原则：对于用户而言，只需要知道算法的骨架接口即可。
  • 如何扩展：
    • 实现子类继承基类，复写子流程。
    • 通过多态调用方式使用。
  • 代码结构：

    • 基类中有骨架流程接口。

    • 所有子流程对子类开放并且是虚函数。

    • 通过多态调用方式使用。

      cpp 复制代码 
      // 背景：某个动物园，有一套固定的表演流程，但是其中若干个表演子流程可替换，以迭代更新表演流程。
/*
 *  接口隔离原则：1、类封装，使用权限限定词来实现。 2、类与类依赖，使用接口实现（依赖注入）
 *  最小知道原则
 *  单一职责原则：类封装
 *  开闭原则：对扩展开放，对修改关闭
 *  里氏替换原则：多态
 *
 *  扩展方式：继承、多态组合
 */

using namespace std;

class ZooShow {
public:
    void Show() {
        if (Show0()) {
            PlayGame();
        }
        Show1();
        Show2();
        Show3();
    }

private:
    void PlayGame() {
        cout << "after Show0, then play game" << endl;
    }
// 对其它用户关闭，但是对子类开放
protected:
    bool expired;
    virtual bool Show0() {
        cout << "Show0" << endl;
        if (!expired) {
            return true;
        }
        return false;
    }
    virtual void Show1() {
        cout << "Show1" << endl;
    }
    virtual void Show2() {
        cout << "Show2" << endl;
    }
    virtual void Show3() {
        cout << "Show3" << endl;
    }
};

// 模板方法
class ZooShowEx1: public ZooShow {
protected:
    virtual bool Show0()  {
        cout << "Show0 Ex1" << endl;
        if (!expired) { // 里氏替换原则
            return true;
        }
        return false;
    }
};

class ZooShowEx2: public ZooShow {
protected:
    virtual void Show2() {
        cout << "Show2 E2" << endl;
    }
};

class ZooShowEx3: public ZooShow {
protected:
    virtual bool Show0() {
        cout << "Show0 Ex3" << endl;
        if (!expired) {
            return true;
        }
        return false;
    }
    virtual void Show2() {
        cout << "Show2 Ex3" << endl;
    }
};

int main() {
    std::cout << "Template Method!" << std::endl;

    // 第一次迭代
    ZooShow * zs1 = new ZooShowEx1; // 晚绑定
    zs1->Show();

    // 第二次迭代
    ZooShow * zs2 = new ZooShowEx2;
    zs2->Show();

    // 第三次迭代
     ZooShow * zs3 = new ZooShowEx3;
     zs3->Show();

    return 0;
}

七、观察者模式

  • 解决的问题：

    • 稳定点："一" 对 "多" 的依赖关系，"一" 变化，"多" 跟着变化。
    • 变化点："多" 增加、"多" 减少。

  • 符合哪些设计原则：

    • 面向接口编程。
      • 不将变量类型声明为某个特定的具体类，而是声明为某个接口。
      • 用户程序无需获知对象的具体类型，只需要知道对象所具有的接口。
      • 减少系统中各部分的依赖关系，从而实现高内聚、低耦合的类型设计方案。
    • 接口隔离：类与类的依赖建立在一个接口上。
      • 容器存储接口。
      • 依赖注入。
    • 封装变化点：通过 Attach 和 Detach 接口来封装变化点。

  • 如何扩展：

    • 继承实现接口。
    • 调用 Attach、Detach。

  • 代码结构：

    cpp 复制代码 
    // 背景：气象站发布气象资料给数据中心，数据中心经过处理，将气象信息更新到三个不同的显示终端
// "一" 指的是数据中心，"多" 指的是不同的显示终端

using namespace std;

class IDisplay {
public:
    virtual void Show(float temperature) = 0;
    virtual ~IDisplay() {}
};

class DisplayA: public IDisplay {
public:
    virtual void Show(float temperature) {
        cout << "DisplayA show" << endl;
    }
};
class DisplayB: public IDisplay {
public:
    virtual void Show(float temperature) {
        cout << "DisplayB show" << endl;
    }
};

class DisplayC: public IDisplay {
    virtual void Show(float temperature) {
        cout << "DisplayC show" << endl;
    }
};

class DataCenter {
public:
	// 依赖注入
    void Attach(IDisplay * ob) {
        obs.push_back(ob);
    }
    // 依赖注入
    void Detach(IDisplay * ob) {
        obs.remove(ob);
    }

    void notify() {
        float temperature = CalcTemperature();
        for (auto ob : obs) {
            ob->Show(temperature);
        }
    }

private:
    float CalcTemperature() {
        // 获取计算得到的温度
        float temperature = 20.f;
        return temperature;
    }
    // 容器存储接口
    std::list<IDisplay*> obs;
};

int main() {
    // 单例模式
    DataCenter *dataCenter = new DataCenter;

    // 某个模块
    DisplayA *dA = new DisplayA;
    dataCenter->Attach(dA);

    DisplayB *dB = new DisplayB;
    dataCenter->Attach(dB);

    DisplayC *dC = new DisplayC;
    dataCenter->Attach(dC);

    dataCenter->notify();

    dataCenter->Detach(dB);
    dataCenter->notify();
}

八、策略模式

  • 解决的问题：

    • 稳定点：用户程序与算法的调用关系。
    • 变化点：算法内容改变、新加算法。

  • 符合哪些设计原则：

    • 接口隔离：类与类的依赖建立在一个接口上。
      • 依赖注入。
    • 面向接口编程。
    • 开闭原则。

  • 代码结构：

    cpp 复制代码 
    // 背景：商场节假日有固定促销活动，为了加大促销力度，现提升国庆节促销活动规格。
// 稳定点：抽象去解决它
// 变化点：扩展（继承、多态的组合）去解决它

using namespace std;

class Context {

};

class ProStrategy {
public:
   virtual double CalcPro(const Context &ctx) = 0;
};

class Fes_Spring: public ProStrategy {
public:
    virtual double CalcPro(const Context &ctx) {
        cout << "Fes_Spring 0.8" << endl;
        return 0.8;
    }
};

class Fes_Common: public ProStrategy {
public:
    virtual double CalcPro(const Context &ctx) {
        cout << "Fes_Common 0.5" << endl;
        return 0.7;
    }
};

class Promotion {
public:
    // 依赖注入
    Promotion(ProStrategy *s) {
        s_ = s;
    }
    ~Promotion() {}

    double CalcPromotion(const Context &ctx) {
        return s_->CalcPro(ctx);
    }

private:
    ProStrategy *s_;
};

int main() {
    Context ctx;
    ProStrategy *fs = new Fes_Spring;
    Promotion *pm = new Promotion(fs);
    pm->CalcPromotion(ctx);

    ProStrategy * fm = new Fes_Common;
    Promotion *pm2 = new Promotion(fm);
    pm2->CalcPromotion(ctx);

    return 0;
}

九、单例模式

  • 解决的问题：

    • 稳定点：一个类仅有一个实例，并提供一个该实例的全局访问点。
    • 变化点：有多个类都是单例，能不能复用代码。

  • 代码结构：

    • 私有的构造函数和析构函数。
    • 禁掉拷贝构造、拷贝赋值构造、移动构造、移动赋值构造。
    • 静态类成员函数。
    • 静态私有成员变量。

  • 版本一。

    cpp 复制代码 
    /*
 * 存在问题：
 * 1、程序退出时，指针 _instance 会被释放，但是它所指向的堆内存不会被释放，所以 _instance 的析构函数是不会被调用的
 *    如果该单例需要操作文件，操作完毕后要调用析构函数释放文件资源，由于析构函数不会被调用，就会产生 bug
 */

class Singleton {
public:
    static Singleton * GetInstance() {
        if (_instance == nullptr) {
            _instance = new Singleton();
        }
        return _instance;
    }

private:
    Singleton() { cout << "Singleton" << endl; }
    ~Singleton() { cout << "~Singleton" << endl; }

    Singleton(const Singleton &) = delete;            // 拷贝构造
    Singleton& operator=(const Singleton &) = delete; // 拷贝赋值构造
    Singleton(Singleton &&) = delete;                 // 移动构造
    Singleton& operator=(Singleton &&) = delete;      // 移动赋值构造

    static Singleton * _instance; // 在静态全局区分配
};

Singleton* Singleton::_instance = nullptr; // 静态成员需要初始化

int main() {
    Singleton * s = Singleton::GetInstance();

    return 0;
}

  • 版本二。

    cpp 复制代码 
    /*
 * 存在问题：
 * 1、不支持多线程
 * 2、atexit() 是线程安全的，但是 GetInstance() 不是线程安全的
 */

class Singleton {
public:
    static Singleton * GetInstance() {
        if (_instance == nullptr) {
            _instance = new Singleton(); // 多线程情况下，会产生资源竞争，可能会创建多个对象
            atexit(Destructor);          // 当程序退出时，调用 Destructor 函数
        }
        return _instance;
    }

private:
    static void Destructor() {
        if (nullptr != _instance) {
            delete _instance;
            _instance = nullptr;
        }
    }

    Singleton() { cout << "Singleton" << endl; }
    ~Singleton() { cout << "~Singleton" << endl; }
    Singleton(const Singleton &) = delete; 
    Singleton& operator=(const Singleton &) = delete; 
    Singleton(Singleton &&) = delete; 
    Singleton& operator=(Singleton &&) = delete; 

    static Singleton * _instance;
};

Singleton* Singleton::_instance = nullptr; 

int main() {
    Singleton * s = Singleton::GetInstance();

    return 0;
}

  • 版本三：懒汉模式 。

    • 在对象需要被使用时才进行初始化，而不是在程序启动时，也就是延迟初始化，实例在第一次被使用时创建 → 减少程序启动时的负载和内存占用。

    • 通过双重检测 解决多线程问题。

      cpp 复制代码 
      /*
 * 存在问题：
 * C++98 的语义是基于单线程的，使用的是标准外的一些库，比如 pthread_create 等。
 * C++11 在其基础上进行了封装，封装了线程操作，比如 mutex、atomic、内存栅栏，用来解决多线程问题
 *    在多核时代，会对程序进行一些优化：
 *      1. 编译器重排
 *      2. CPU 重排
 *    这样有可能会违反顺序一致性，导致一些问题
 *      1. 可见性问题
 *      2. 执行序问题
 *    C++11 提供了一些解决方法
 *      1. 同步原语（原子变量 + 内存栅栏）（无锁编程）
 *      2. 锁
 */

class Singleton { // 懒汉模式
public:
    static Singleton * GetInstance() {
        /*
         * 双重检测解决多线程问题：
         * 第一次访问这个接口的时候才会涉及到资源竞争，需要加锁（写操作）
         * 第二次访问这个接口的时候，不涉及资源竞争，不需要加锁（读操作）
         */
        if (_instance == nullptr) {
            // RAII：在类的生命周期进行资源管理
            std::lock_guard<std::mutex> lock(_mutex);
            if (_instance == nullptr) {
                _instance = new Singleton();
                /*
                 * new 是一个操作符
                 * （1）分配内存
                 * （2）调用构造函数
                 * （3）返回指针
                 * 多线程环境下，CPU 会进行指令重排（reorder）
                 * 有可能先调用（1）、（3），再调用（2），导致要操作对象数据的时候，对象数据还没有初始化，产生异常
                */
                atexit(Destructor);
            }
        }
        return _instance;
    }

private:
    static void Destructor() {
        if (nullptr != _instance) {
            delete _instance;
            _instance = nullptr;
        }
    }

    Singleton() { cout << "Singleton" << endl; }
    ~Singleton() { cout << "~Singleton" << endl; }
    Singleton(const Singleton &) = delete; 
    Singleton& operator=(const Singleton &) = delete; 
    Singleton(Singleton &&) = delete; 
    Singleton& operator=(Singleton &&) = delete; 

    static Singleton * _instance;
    static std::mutex _mutex;
};

Singleton* Singleton::_instance = nullptr; 
std::mutex Singleton::_mutex; // 互斥锁初始化

int main() {
    Singleton * s = Singleton::GetInstance();

    return 0;
}

  • 版本四：饿汉模式 。

    • 单例实例在类被加载到内存时就立即初始化，这意味着无论这个实例后续是否被用到，它都会被创建。

    • 因为实例在类加载时完成初始化，所以实例的创建是线程安全的。

      cpp 复制代码 
      class Singleton { // 饿汉模式
public:
    // 提供静态方法访问实例
    static Singleton& GetInstance() {
        return instance;
    }

private:
    Singleton() { cout << "Singleton" << endl; }
    ~Singleton() { cout << "~Singleton" << endl; }
    Singleton(const Singleton &) = delete; 
    Singleton& operator=(const Singleton &) = delete; 
    Singleton(Singleton &&) = delete; 
    Singleton& operator=(Singleton &&) = delete; 

    static Singleton instance; // 静态成员变量，类加载时初始化
};

Singleton Singleton::instance;

int main() {
    Singleton& s = Singleton::GetInstance();

    return 0;
}

  • 版本五。

    cpp 复制代码 
    /*
 * 原子变量解决问题：
 * 1、原子执行的问题：同时只有一个线程去执行这条语句

 * 内存栅栏解决问题：
 * 2、可见性问题：通过 store（修改数据让其它线程可见） 和 load（可以看见其它线程最新操作的数据）解决
 * 3、执行序问题：内存模型
 *              memory_order_acquire：下面的代码不能优化到上面去
 *              memory_order_release：上面的代码不能优化到下面来
 */

class Singleton {
public:
    static Singleton * GetInstance() {
        // 解决原子执行问题、可见性问题、执行序问题
        Singleton * tmp = _instance.load(std::memory_order_acquire);

        if (tmp == nullptr) {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(_mutex);
            tmp = _instance.load(std::memory_order_acquire);
            if (tmp == nullptr) {
                tmp = new Singleton;

                _instance.store(tmp, std::memory_order_release);

                atexit(Destructor);
            }
        }
        return tmp;
    }

    static Singleton * GetInstance2() {
        // 如果 Singleton 构造函数中又用到了原子变量，需要进行拆分

        // 解决原子执行问题、可见性问题（std::memory_order_relaxed => 内存结构是松散的结构，不限制优化，效率最高）
        Singleton * tmp = _instance.load(std::memory_order_relaxed);
        // 解决执行序问题
        std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire); // 获取内存屏障

        if (tmp == nullptr) {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(_mutex);
            tmp = _instance.load(std::memory_order_relaxed);
            if (tmp == nullptr) {
                tmp = new Singleton;

                std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release); // 释放内存屏障
                _instance.store(tmp, std::memory_order_relaxed);

                atexit(Destructor);
            }
        }
        return tmp;
    }

private:
    static void Destructor() {
        if (nullptr != _instance) {
            delete _instance;
            _instance = nullptr;
        }
    }

    Singleton() { cout << "Singleton" << endl; }
    ~Singleton() { cout << "~Singleton" << endl; }
    Singleton(const Singleton &) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton &) = delete; 
    Singleton(Singleton &&) = delete; 
    Singleton& operator=(Singleton &&) = delete; 

    static std::atomic<Singleton *> _instance;
    static std::mutex _mutex;
};

std::atomic<Singleton *> Singleton::_instance; 
std::mutex Singleton::_mutex; 

int main() {
    Singleton * s = Singleton::GetInstance();

    return 0;
}

  • 版本六。

    cpp 复制代码 
    /*
 * C++11 magic static 特性：如果变量在初始化的时候并发同时进入声明语句，并发线程将会阻塞等待初始化结束
 * 1、利用静态局部变量特性，延迟加载
 * 2、利用静态局部变量特性，系统自动回收内存，自动调用析构函数
 * 3、静态局部变量初始化时，没有 new 操作带来的 cpu 指令重排（reorder）
 * 4、C++11 静态局部变量初始化时，具备线程安全
 */

class Singleton {
public:
    static Singleton& GetInstance() {
        static Singleton instance;
        return instance;
    }

private:
    Singleton() { cout << "Singleton" << endl; }
    ~Singleton() { cout << "~Singleton" << endl; }
    Singleton(const Singleton &) = delete; 
    Singleton& operator=(const Singleton &) = delete; 
    Singleton(Singleton &&) = delete; 
    Singleton& operator=(Singleton &&) = delete; 
};

int main() {
    Singleton& s = Singleton::GetInstance();

    return 0;
}

  • 最终版本。

    cpp 复制代码 
    template<typename T>
class Singleton {
public:
    static T& GetInstance() {
        // 这里要初始化 DesignPattern，需要调用 DesignPattern 的构造函数，同时会调用父类的构造函数(先调用)
        static T instance;
        return instance;
    }

protected:
    virtual ~Singleton() {
        cout << "~Singleton" << endl;
    }
    // protected 修饰构造函数，才能让别人继承
    Singleton() {
        cout << "Singleton" << endl;
    }

private:
    Singleton(const Singleton &) = delete; 
    Singleton& operator=(const Singleton &) = delete; 
    Singleton(Singleton &&) = delete; 
    Singleton& operator=(Singleton &&) = delete; 
};

class DesignPattern : public Singleton<DesignPattern> {
    friend class Singleton<DesignPattern>; // 让基类能够调用子类的构造函数

private:
    DesignPattern() {
        cout << "DesignPattern" << endl;
    }
    ~DesignPattern() {
        cout << "~DesignPattern" << endl;
    }
};

int main() {
    DesignPattern &dp = DesignPattern::GetInstance();

    return 0;
}

十、工厂模式

  • 定义：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类，工厂模式使得一个类的实例化延迟到子类。
  • 为什么要有工厂模式，而不直接使用 new ?
    • 因为除了 new，还有复杂的构造流程。
    • 工厂模式是为了解决过程比较复杂，希望对外隐藏这些细节的场景。
      • 比如连接池、线程池。
      • 隐藏对象真实类型。
      • 创建对象有复杂的依赖关系。
  • 解决的问题：
    • 稳定点：创建同类对象的接口（对象创建接口）、同类对象有一个相同的职责（功能接口）。
    • 变化点：创建对象的扩展。
  • 符合哪些设计原则：
    • 最小知道原则。
    • 面向接口编程。
  • 如何扩展：
    • 实现对象创建接口。
    • 实现功能接口。
    • 多态调用。
  • 代码结构：

    • 对象创建接口 → 创建具体对象，调用一个功能接口。

    • 实现一个功能接口 。

      cpp 复制代码 
      // 背景: 实现一个导出数据的接口，让客户选择数据的导出方式。

class IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) = 0;
    virtual ~IExport(){}
};

class ExportXml : public IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) {
        cout << data << endl;
        return true;
    }
};
class ExportJson: public IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) {
        cout << data << endl;
        return true;
    }
};
class ExportTxt : public IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data){
        cout << data << endl;
        return true;
    }
};

class IExportFactory {
public:
    IExportFactory() {
        _export = nullptr;
    }
    virtual ~IExportFactory() {
        if(_export) {
            delete _export;
            _export = nullptr;
        }
    }
    bool Export(const std::string &data) {
        if (_export == nullptr) {
            _export = NewExport();
        }
        return _export->Export(data);
    }
protected:
    virtual IExport * NewExport(/* ... */) = 0;
private:
    IExport* _export;
};

class ExportXmlFactory : public IExportFactory {
protected:
    virtual IExport * NewExport(/* ... */) {
        IExport * temp = new ExportXml();
        return temp;
    }
};

class ExportJsonFactory : public IExportFactory {
protected:
    virtual IExport * NewExport(/* ....*/) {
        IExport * temp = new ExportJson();
        return temp;
    }
};

class ExportTxtFactory : public IExportFactory {
protected:
    virtual IExport * NewExport(/* ... */) {
        IExport * temp = new ExportTxt();
        return temp;
    }
};

int main() {
    IExportFactory * factory = new ExportTxtFactory();
    factory->Export("export txt");

    return 0;
}

十一、抽象工厂

  • 定义：提供一个接口，让该接口负责创建一些列 "相关或者相互依赖的对象"，无需指定它们具体的类。
  • 解决的问题：
    • 稳定点：创建同类对象的接口，同类对象有多个相同的职责。
    • 变化点：创建对象的扩展。
  • 工厂模式和抽象工厂的区别 ：
    • 工厂模式一个对象只有一个职责，而抽象工厂一个对象有多个职责。
  • 代码结构：

    • 对象创建接口 → 创建具体对象，调用多个功能接口。

    • 实现多个功能接口 。

      cpp 复制代码 
      // 实现一个导出导入数据的接口，让客户选择数据的导出导入方式。 

class IObj {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) = 0;
    virtual bool Import(const std::string &data) = 0;
    virtual ~IObj(){}
};

class XmlObj : public IObj {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) {
        cout << data << endl;
        return true;
    }
    virtual bool Import(const std::string &data) {
        cout << data << endl;
        return true;
    }
};

class JsonObj: public IObj {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) {
        cout << data << endl;
        return true;
    }
    virtual bool Import(const std::string &data) {
        cout << data << endl;
        return true;
    }
};

class TxtObj : public IObj {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data){
        cout << data << endl;
        return true;
    }
    virtual bool Import(const std::string &data) {
        cout << data << endl;
        return true;
    }
};

class IDataApiFactory {
public:
    IDataApiFactory() {
        _obj = nullptr;
    }
    virtual ~IDataApiFactory() {
        if(_obj) {
            delete _obj;
            _obj = nullptr;
        }
    }
    bool Export(const std::string &data) {
        if (_obj == nullptr) {
            _obj = NewObj();
        }
        return _obj->Export(data);
    }
    bool Import(const std::string &data) {
        if (_obj == nullptr) {
            _obj = NewObj();  
        }
        return _obj->Import(data);
    }
protected:
    virtual IObj * NewObj(/* ... */) = 0;
private:
    IObj* _obj;
};

class XmlApiFactory : public IDataApiFactory {
protected:
    virtual IObj * NewObj(/* ... */) {
        IObj * temp = new XmlObj();
        return temp;
    }
};

class JsonApiFactory : public IDataApiFactory {
protected:
    virtual IObj * NewObj(/* ... */) {
        IObj * temp = new JsonObj();
        return temp;
    }
};

class TxtApiFactory : public IDataApiFactory {
protected:
    virtual IObj * NewObj(/* ... */) {
        IObj * temp = new TxtObj();
        return temp;
    }
};

int main() {
    IDataApiFactory * jsonObj = new JsonApiFactory();
    jsonObj->Import("import json");
    jsonObj->Export("export json");    

    IDataApiFactory * txtObj = new TxtApiFactory();
    txtObj->Import("import txt");
    txtObj->Export("export txt");

    return 0;
}

十二、责任链

  • 定义：使多个节点都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些节点连成一条链，并沿着这条链传递请求，直到有一个节点处理它为止。
  • 解决的问题：
    • 稳定点：处理流程 → 请求按照链条进行传递（链表关系 、类型是接口），只要有一个节点处理了，就会返回，
    • 变化点：处理节点的个数、处理顺序、处理条件。
  • 扩展代码：
    • 实现处理接口。
    • 修改静态接口。
  • 符合哪些设计原则：
    • 组合优于继承。
    • 面向接口编程。
    • 接口依赖。
  • 代码结构：

    • 从单个节点出发，实现处理接口，实现一个构建链表关系的静态接口。

      cpp 复制代码 
      // 背景：请假流程，1 天内需要组长批准，3 天内需要项目经理批准，3 天以上需要老板批准

class Context {
public:
    std::string name;
    int day;
};

// 从单个处理节点出发，我能处理，我处理，我不能处理，交给下一个人处理
// 链表关系如何抽象
class IHandler {
public:
    IHandler(): _next(nullptr) {}
    virtual ~IHandler() {}

    void SetNextHandler(IHandler *next) { // 链表关系
        _next = next;
    }
    bool Handle(const Context &ctx) {
        if (CanHandle(ctx)) {
            return HandleRequest(ctx);
        } else if (GetNextHandler()) {
            return GetNextHandler()->Handle(ctx);
        } else {
            // err
        }
        return false;
    }

protected:
    virtual bool HandleRequest(const Context &ctx) = 0;
    virtual bool CanHandle(const Context &ctx) = 0;
    IHandler * GetNextHandler() {
        return _next;
    }
private:
    IHandler * _next; // 组合基类指针
};

// 能不能处理，以及怎么处理
class HandleByLeader: public IHandler {
protected:
    virtual bool HandleRequest(const Context &ctx){
        return true;
    }
    virtual bool CanHandle(const Context &ctx) {
        if (ctx.day <= 1){
            return true;
        }
        return false;
    }
};

class HandleByProjMgr: public IHandler {
protected:
    virtual bool HandleRequest(const Context &ctx){
        return true;
    }
    virtual bool CanHandle(const Context &ctx) {
        if (ctx.day <= 3){
            return true;
        }
        return false;
    }
};

class HandleByBoss: public IHandler {
protected:
    virtual bool HandleRequest(const Context &ctx){
        return true;
    }
    virtual bool CanHandle(const Context &ctx) {
        if (ctx.day <= 30){
            return true;
        }
        return false;
    }
};

class Request {
public:
    Request() {
        IHandler * h0 = new HandleByLeader();
        IHandler * h1 = new HandleByProjMgr();
        IHandler * h2 = new HandleByBoss();
        h0->SetNextHandler(h1);
        h1->SetNextHandler(h2);
        handler = h0;
    }
    bool Handle(const Context& ctx) {
        return handler->Handle(ctx);
    }

private:
    IHandler *handler;
};

int main() {
    Context ctx;
    ctx.day = 31;
    auto req = std::make_unique<Request>();
    bool state = req->Handle(ctx);
    if (state) {
        cout << "success" << endl;
    } else {
        cout << "failure" << endl;
    }

    return 0;
}

十三、装饰器

  • 定义：动态地给一个对象增加一些额外的职责，就增加功能而言，装饰器模式比生产子类更为灵活。

  • 解决的问题：

    • 稳定点：顺序无关地增加职责。
    • 变化点：增加职责。

  • 符合哪些设计原则：

    • 组合优于继承。
    • 面向接口编程。
    • 接口依赖。

  • 代码结构：

    cpp 复制代码 
    // 背景：普通员工有销售奖金，累计奖金，部门经理除此之外还有团队奖金，后面可能会增加其他奖金，同时可能针对不同的职位产生不同的奖金组合。

class Context {
public:
    bool isMgr;
};

class CalcBonus {
public:
    CalcBonus(CalcBonus * c = nullptr): cc(c) {
        if (cc != nullptr) {
            cout << "CalcBonus" << endl;
            _salary = cc->_salary;
        }
    }
    virtual double Calc(Context &ctx) {
        return _salary;
    }
    virtual ~CalcBonus() {}

protected:
    CalcBonus* cc;
    double _salary = 10.0;
};

class CalcMonthBonus : public CalcBonus {
public:
    CalcMonthBonus(CalcBonus *c) : CalcBonus(c) {
        cout << "CalcMonthBonus" << endl;
    };
    virtual double Calc(Context & ctx) {
        double mbonus = 100.0; // 忽略计算过程
        return mbonus + cc->Calc(ctx);
    }
};

class CalcSumBonus : public CalcBonus {
public:
    CalcSumBonus(CalcBonus *c) : CalcBonus(c) {
        cout << "CalcSumBonus" << endl;
    };
    virtual double Calc(Context & ctx) {
        double sbonus = 200.0; // 忽略计算过程
        return sbonus + cc->Calc(ctx);
    }
};

class CalcGroupBonus : public CalcBonus {
public:
    CalcGroupBonus(CalcBonus * c) : CalcBonus(c) {
        cout << "CalcGroupBonus" << endl;
    };
    virtual double Calc(Context &ctx) {
        double gbonus = 300.0; // 忽略计算过程
        return gbonus + cc->Calc(ctx);
    }
};
int main() {
    // 普通员工
    Context ctx_con;

    CalcBonus *base = new CalcBonus();
    CalcBonus *cb1= new CalcMonthBonus(base);
    CalcBonus *cb2 = new CalcSumBonus(cb1);
    double con_salary = cb2->Calc(ctx_con);
    cout << con_salary << endl;

    // 部门经理
    Context ctx_mgr;

    CalcBonus *cb3 = new CalcGroupBonus(cb2);
    double mgr_salary = cb3->Calc(ctx_mgr);
    cout << mgr_salary << endl;

    return 0;
}

十四、组合模式

  • 解决的问题：

    • 稳定点：层次关系是稳定的，对象和组合对象的使用是一致的。
    • 变化点：对象的职责变更，组合对象里对象数量变更。

  • 代码结构：

    cpp 复制代码 
    class IComponent {
public:
    IComponent() {};
    ~IComponent() {};
    virtual void Execute() = 0;
    virtual void AddChild(IComponent *ele){}
    virtual void RemoveChild(IComponent *ele){}
};

class Leaf : public IComponent {
public:
    virtual void Execute (){
        cout << "left execute" << endl;
    }
};

class Composite : public IComponent {
private:
    std::list<IComponent*> _list;
public:
    virtual void AddChild(IComponent *ele) {
        // ...
    }
    virtual void RemoveChild(IComponent *ele){
        // ...
    }
    virtual void Execute() {
        for (auto iter = _list.begin();iter != _list.end();iter++){
            (*iter)->Execute();
        }
    }
};
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