c++最常用的几种设计模式

在 C++ 里，最"接地气"、面试问得最多、代码里真正天天能见到的，其实集中在下面 6 种。掌握它们就能覆盖 80% 的日常设计场景。

模式	一句话场景	C++ 惯用法要点	最常用变种
1. Singleton	"全局只有一个"------日志、配置、显卡设备	1) 私构造+私赋值+公静态 Instance() 2) Meyers' Singleton（static 局部变量）线程安全又简洁	双检锁 DCLP（C++11 之后基本被 Meyers 取代）
2. Factory Method / Abstract Factory	"new 太痛苦，对象类型运行时才知道"------UI 控件、数据库驱动	1) 基类提供 CreateXxx() 虚函数，返回 unique_ptr<Base>	Simple Factory（一个静态 Create）
3. Observer	"一对多松耦合通知"------MVC、事件总线、消息队列	1) 基类 IObserver 带纯虚 notify() 2) 用 vector<weak_ptr<IObserver>	Signal/Slot（Qt、boost::signals2）
4. Strategy	"算法一族随便换"------排序、压缩、支付渠道	1) 把算法封装成继承自 Strategy 的子类 2) 上下文存 unique_ptr<Strategy>	Policy-based design（模板+编译期多态）
5. RAII / Wrapper（语言级模式）	"资源释放一定走析构"------内存、锁、句柄	1) 构造里获取，析构里释放 2) 禁用拷贝或采用移动语义	unique_ptr/shared_ptr、lock_guard、fstream
6. Pimpl（编译防火墙）	"头文件不动，实现随便改"------库开发	1) 类内只留 struct Impl; std::unique_ptr<Impl> pImpl;

1. Singleton（ Meyers 版 ）

class Config {
public:
    static Config& instance() {
        static Config cfg;        // C++11 保证线程安全
        return cfg;
    }
    Config(const Config&) = delete;
    Config& operator=(const Config&) = delete;
private:
    Config() = default;
};

用法：Config::instance().get("timeout");

2. Factory 示例

class Shape { public: virtual void draw() = 0; };
class Circle : public Shape { void draw() override {} };

using ShapePtr = std::unique_ptr<Shape>;
using Factory  = std::function<ShapePtr()>;

inline ShapePtr make_circle() { return std::make_unique<Circle>(); }

static std::unordered_map<std::string, Factory> g_reg = {
    {"circle", make_circle}
};

ShapePtr shape_factory(const std::string& key){
    return g_reg.at(key)();
}

调用：auto p = shape_factory("circle");

3. Observer 示例（weak_ptr 防悬空）

class IObserver { public: virtual void onEvent() = 0; };

class Subject {
    std::vector<std::weak_ptr<IObserver>> subs;
public:
    void subscribe(std::shared_ptr<IObserver> o){
        subs.emplace_back(o);
    }
    void notify(){
        for (auto it = subs.begin(); it != subs.end(); ) {
            if (auto s = it->lock()) { s->onEvent(); ++it; }
            else                     { it = subs.erase(it); }
        }
    }
};

4. Strategy 示例

class PayStrategy { public: virtual void pay(int cents) = 0; };
class AliPay : public PayStrategy { void pay(int) override {} };
class WechatPay : public PayStrategy { void pay(int) override {} };

class Order {
    std::unique_ptr<PayStrategy> strategy;
public:
    void set_pay(std::unique_ptr<PayStrategy> s){ strategy = std::move(s); }
    void checkout(int cents){ strategy->pay(cents); }
};

5. RAII / Wrapper

std::unique_ptr<FILE, decltype(&fclose)>
make_file(const char* name){
    return {std::fopen(name,"w"), &fclose};
}

6. Pimpl

// ====== Foo.h ======
class Foo {
public:
    Foo();
    ~Foo();
    void work();
private:
    struct Impl;
    std::unique_ptr<Impl> pImpl;
};

// ====== Foo.cpp ======
struct Foo::Impl {
    void workImpl() { /* 真正实现 */ }
};
Foo::Foo() : pImpl(std::make_unique<Impl>()) {}
Foo::~Foo() = default;          // 必须在 cpp 里，因为 Impl 完整类型在此处才可见
void Foo::work() { pImpl->workImpl(); }

• 单例、工厂、观察者、策略 是"最常被问"的四大行为/创建模式。