设计模式在Qt中的应用

目录

[1. 观察者模式](#1. 观察者模式)

[2. 工厂模式](#2. 工厂模式)

[3. 单例模式](#3. 单例模式)

[4. 命令模式](#4. 命令模式)

[5. 适配器模式](#5. 适配器模式)

[6. 组合模式](#6. 组合模式)

[7. 策略模式](#7. 策略模式)

[8. 装饰器模式](#8. 装饰器模式)

[9. 职责链模式](#9. 职责链模式)

总结

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Qt 框架本身广泛采用了多种设计模式，开发者也可以基于这些模式构建更灵活、可维护的应用程序。以下是常见设计模式在 Qt 中的具体应用场景及示例：

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1. 观察者模式

• 模式作用：对象间定义一对多的依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖它的对象自动得到通知。

• Qt 应用 ：
  信号与槽机制（Signals and Slots） 是观察者模式的经典实现。

  • 信号（Signal）：被观察者（Subject）触发事件。

  • 槽（Slot）：观察者（Observer）的事件处理函数。

  示例：按钮点击事件处理

  QPushButton *button = new QPushButton("Click me");
  QObject::connect(button, &QPushButton::clicked, []() {
      qDebug() << "Button clicked!";
  });

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2. 工厂模式

• 模式作用：通过工厂类创建对象，隐藏具体类的实例化逻辑。

• Qt 应用：

  • QWidget 组件创建 ：通过基类指针创建具体子类对象（如 QPushButton、QLabel）。

  • QML 组件动态加载 ：通过 Loader 组件按需创建界面元素。

  示例：工厂方法创建按钮

  QWidget* createWidget(const QString &type) {
      if (type == "button") return new QPushButton;
      else if (type == "label") return new QLabel;
      return nullptr;
  }

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3. 单例模式

• 模式作用：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。

• Qt 应用：

  • QApplication：管理全局应用程序状态，保证单实例。

  • QSettings：统一管理应用程序配置。

  示例：自定义单例类

  class Logger : public QObject {
  public:
      static Logger& instance() {
          static Logger logger;
          return logger;
      }
      void log(const QString &message) { qDebug() << message; }
  private:
      Logger() {} // 私有构造函数
  };
  
  // 使用
  Logger::instance().log("Hello Qt");

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4. 命令模式

• 模式作用：将请求封装为对象，支持撤销、重做和日志功能。

• Qt 应用 ：
  QUndoFramework ：提供 QUndoCommand 基类，封装操作和撤销逻辑。

  示例：实现撤销/重做功能

  class AddCommand : public QUndoCommand {
  public:
      AddCommand(QList<int> &list, int value) : m_list(list), m_value(value) {}
      void redo() override { m_list.append(m_value); }
      void undo() override { m_list.removeLast(); }
  private:
      QList<int> &m_list;
      int m_value;
  };
  
  // 使用
  QUndoStack undoStack;
  QList<int> data;
  undoStack.push(new AddCommand(data, 42)); // 执行添加
  undoStack.undo(); // 撤销

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5. 适配器模式

• 模式作用：将一个类的接口转换为客户端期望的另一个接口。

• Qt 应用 ：
  Model/View 框架 ：通过 QAbstractItemModel 适配不同数据源（如数据库、文件系统）到统一接口。

  示例：自定义适配器模型

  class CustomModel : public QAbstractTableModel {
  public:
      int rowCount(const QModelIndex &) const override { return m_data.size(); }
      int columnCount(const QModelIndex &) const override { return 2; }
      QVariant data(const QModelIndex &index, int role) const override {
          if (role == Qt::DisplayRole)
              return m_data[index.row()][index.column()];
          return QVariant();
      }
  private:
      QVector<QVector<QString>> m_data;
  };

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6. 组合模式

• 模式作用：将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"层次结构。

• Qt 应用 ：
  QObject 父子对象树 ：通过 QObject::setParent() 管理对象的生命周期和事件传递。

  示例：构建对象树

  QWidget *window = new QWidget;
  QVBoxLayout *layout = new QVBoxLayout(window);
  layout->addWidget(new QLabel("Title"));
  layout->addWidget(new QPushButton("OK"));
  window->show();

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7. 策略模式

• 模式作用：定义算法族，封装每个算法并使它们可互换。

• Qt 应用 ：
  布局管理器（QLayout） ：动态切换布局策略（如 QVBoxLayout 和 QHBoxLayout）。

  示例：动态切换布局

  QWidget *widget = new QWidget;
  QLayout *layout = new QVBoxLayout(widget);
  // 切换为水平布局
  delete layout;
  layout = new QHBoxLayout(widget);

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8. 装饰器模式

• 模式作用：动态地为对象添加额外职责。

• Qt 应用 ：
  QSS（Qt Style Sheets）：通过样式表动态修改控件外观（如添加边框、背景）。

  示例：装饰按钮样式

  QPushButton *button = new QPushButton("Styled Button");
  button->setStyleSheet("background: blue; color: white; border-radius: 5px;");

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9. 职责链模式

• 模式作用：将请求的发送者和接收者解耦，使多个对象都有机会处理请求。

• Qt 应用 ：
  事件处理机制：事件在对象树中传递，直到被处理（如鼠标点击事件）。

  示例：自定义事件处理

  class CustomWidget : public QWidget {
  protected:
      void mousePressEvent(QMouseEvent *event) override {
          if (event->button() == Qt::LeftButton) {
              qDebug() << "Left button pressed";
              event->accept(); // 阻止事件继续传递
          } else {
              QWidget::mousePressEvent(event); // 传递到父类处理
          }
      }
  };

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总结

设计模式	Qt 应用场景	关键类/机制
观察者模式	信号与槽、事件处理	QObject::connect
工厂模式	动态创建控件或 QML 组件	QWidgetFactory、Loader
单例模式	全局状态管理（如配置、日志）	QApplication、QSettings
命令模式	撤销/重做框架	QUndoCommand、QUndoStack
适配器模式	Model/View 数据适配	QAbstractItemModel
组合模式	对象树管理	QObject 父子关系
策略模式	布局管理器、算法替换	QLayout 子类
装饰器模式	动态样式修改	QSS（Qt Style Sheets）
职责链模式	事件传递机制	QEvent、事件过滤器

通过结合 Qt 的框架特性（如信号槽、Model/View、QObject 树等），开发者可以更高效地应用设计模式，提升代码的可维护性和扩展性。