C++实现20个设计模式

原文转自：http://c.chinaitlab.com/special/sjms/Index.html

可以参考:https://www.cnblogs.com/whiteyun/category/272006.html

一个月下来,把常见的20个设计模式好好复习并且逐个用C++实现了一遍,收获还是很大的,很多东西看上去明白了但是真正动手去做的时候发现其实还是不明白--我深知这个道理,于是不敢怠慢,不敢写什么所谓的解释原理的伪代码,不敢说所谓的"知道原理就可以了"....因为我知道,我还还没有资格说这个话,至少对于设计模式而言我还是一个初学者,唯有踏实和实干才能慢慢的掌握到知识.

在我学习设计模式的过程中,觉得造成理解困难的主要是以下几点,谈一下自己的体会,希望对他人有帮助,不要走上我的老路上,毕竟我花了N长的时间才敢号称自己入门了~~!!-_-:
1)Gof并不适合于初学者.初学设计模式的一般都是从Gof入门开始学习的,不幸的是,这不是一本好的教科书,而把这本书称为一本奠定了设计模式理论基础的开山之作也许好一些,它把这些散落在各个设计中的常见模式收集起来,从此开始有了一个名词叫做"Design Pattern".说这本书不是一本好的教科书主要是以下的几个原因:

a)对设计模式或者说面向对象里面的一些原则性的东西解释的不够多不够彻底,比如"面向接口编程而不是对实现编程","优先采用组合而不是继承"等等,以至于后面看到各个模式的实现的时候很多模式看起来很相似却找不到区别和共性的地方.

b)对各个模式的解释或者举出来的例子不是特别的好,大部分都是为了讲解模式而讲解,没有加入前面提到过的一些基本原则的考量在里面,也就是说:原理性的东西和实现(各个设计模式)脱节.

2)初学者对语言或者说一些概念理解的不好.拿C++来说,为了做到面向对象需要提供的语言上的支持有继承,多态,封装,虚函数,抽象等等,我以前初学C++的时候,只为了学这些概念而去学习,不知道为什么要提供这些特性,这也是造成我走弯路的重要原因之一.当然,指望一个初学者在初学语言的时候就知道why是一件很困难的事情,也许结合着对设计模式的理解可以帮助你消化这些概念(我就是这样的).

3)看不懂UML结构图和时序图,UML图解释的类与类之间的关系,时序图解释的是各个对象的实现方式,两者结合在一起看才能加深对设计模式的理解,事实上,我现在已经可以做到仅仅看这两个图示就掌握一个模式的原理和实现了.
4)写的代码和参与过的项目不够多.设计模式和很多东西的产生过程都是一样的,首先人们遇到了问题,然后很多人解决了这个问题,于是渐渐的有人出来总结出解决这些问题所要遵守的一些原理和常用方法(我们称之为"模式"),久而久之就形成了一个理论或者说一个学科.而后人在讲述这些理论的时候大都是照本宣科,这对于计算机这样一个强调实践的学科或者说对于设计模式这样一个理论而言要理解起来是很困难的.前人在提出这些理论的时候一些考量,权衡等等只有在你自己遇到了这些问题的时候才能慢慢的体会.有一种说法是,没有写上10W行代码不要空谈什么设计模式大概就是这个意思吧.

综上所述,造成初学者学习设计模式困难的原因,一个是对基本的原则理解的不够透彻,一个的选的入门教材不合理,还有一个就是对各个模式的表述不明白,再次是实践不够多.有几本书籍,我看过,我想可以谈谈我的看法.第一本,<<敏捷软件开发:原则,模式与实践>>,这本书对于设计模式最大的贡献在于专门有几个章节讲述了面向对象的几个原则,比如Likov原则,开放封闭原则等等的,这几个章节在我学习设计模式的过程中起了关键的作用,因为当我理解了这些原则之后开始慢慢明白为什么要有纯虚函数提供接口,为什么要

有抽象基类,为什么要封装....我开始用这些原则去理解各个设计模式,开始慢慢体会各个模式的区别和共性.另外看过的两本书,我觉得性质都一样,如果你缺钱,任选其一吧.第一本是<<设计模式精解>>,第二本是<<深入浅出设计模式>>,都是我花上几个晚上 就可以看完的书.这两本的立足点都是以生动的例子结合面向对象的基本原理来讲解模式,我更喜欢前者一些(后者太贵,要不是打5折我才不买呐:)其次,要多接触项目或者可以找一些好的代码来看看,自己也多写一些代码.基本上,只要是用面向对象的语言开发的项目,里面没有几个模式的运用是不可能的了.因此,要戒除那些一开始接触设计模式就想整明白的幻想,因为要真正的理解需要很多的实践,同样的一时半会理解不了的也不必气馁(GOF的E文版我看了好多遍了:),坚信自己多实践一定可以慢慢的悟道的.关于设计模式的一个疑问:非面向对象语言中有没有所谓的"设计模式"?设计模式最初的定义是解决一些问题的惯用方法(大意如此),并没有明确的说必须要支持某种特性的语言.我用纯C开发的项目实在是有限,平时也只是自己作一些小东西玩玩,没有做过任何一个上万行的纯C开发的项目,所以一直对这个问题抱有疑问~~anyway,有问题是好事,说明我在思考~~把这个问题放在这里,以后慢慢实践之琢磨之~~

　导航目录

※ 设计模式解析和实现之一-Factory模式	※ 设计模式解析和实现之八-Composite模式	※ 设计模式解析和实现之十五-Observer模式
※ 设计模式解析和实现之二-AF模式	※ 设计模式解析和实现之九-Decorator模式	※ 设计模式解析和实现之十六-Strategy模式
※ 设计模式解析和实现之三-Builder模式	※ 设计模式解析和实现之十-Proxy模式	※ 设计模式解析和实现之十七-State模式
※ 设计模式解析和实现之四-Prototype模式	※ 设计模式解析和实现之十一-TM模式	※ 设计模式解析和实现之十八-Iterator模式
※ 设计模式解析和实现之五-Singleton模式	※ 设计模式解析和实现之十二-COR模式	※ 设计模式解析和实现之十九-Memento模式
※ 设计模式解析和实现之六-Adapt模式	※ 设计模式解析和实现之十三-FlyWeight模式	※ 设计模式解析和实现之二十-Visitor模式
※ 设计模式解析和实现之七-Bridge模式	※ 设计模式解析和实现之十四-Command模式

　设计模式的解析和实现之一-Factory模式

作用：
　　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。Factory Method 使一个类的实例化延迟到其子类。
　　UML结构图：

抽象基类：
1）Product：创建出来的对象的抽象基类。
2）Factory创建对象的工厂方法的抽象基类。 [详细内容]

　设计模式解析和实现之二-Abstract Factory模式

作用：
　　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。
　　UML结构图：

抽象基类：
1）ProductA，ProductB：分别代表不同类型的产品，而它们的派生类则是这种产品的一个实现。
2）AbstractFactory：生产这一系列产品的一个抽象工厂，它的派生类是不同的实现。 [详细内容]

　设计模式的解析和实现之三-Builder模式

作用：
　　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。
　　UML结构图：

适用于以下情况：
1）当创建复杂对象的算法应该独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式时。
2）当构造过程必须允许被构造的对象有不同的表示时。 [详细内容]

　设计模式的解析和实现之四-Prototype模式

作用：
　　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。
　　UML结构图：

抽象基类：
1）Prototype：虚拟基类，所有原型的基类，提供Clone接口函数。
接口函数：
1）Prototype：：Clone函数：纯虚函数，根据不同的派生类来实例化创建对象。 [详细内容]

　设计模式的解析和实现之五-Singleton模式

作用：
　　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。
　　UML结构图：

解析：
　　Singleton模式其实是对全局静态变量的一个取代策略，上面提到的Singleton模式的两个作用在C++中是通过如下的机制实现的：1）仅有一个实例，提供一个类的静态成员变量，大家知道类的静态成员变量对于一个类的所有对象而言是惟一的 2）提供一个访问它的全局访问点，也就是提供对应的访问这个静态成员变量的静态成员函数，对类的所有对象而言也是惟一的。在C++中，可以直接使用类域进行访问而不必初始化一个类的对象。 [详细内容]

　设计模式的解析和实现之六-Adapt模式

作用：
　　 将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。Adapt 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。
　　UML结构图
　　1）采用继承原有接口类的方式

　　2）采用组合原有接口类的方式

解析：
Adapt模式其实就是把完成同样的一个功能但是接口不能兼容的类桥接在一起使之可以在一起工作，这个模式使得复用旧的接口成为可能。 [详细内容]

　设计模式的解析和实现之七-Bridge模式

作用：
　　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。
　　UML结构图：

抽象基类：
1）Abstraction：某个抽象类，它的实现方式由Implementor完成。
2）Implementor：实现类的抽象基类，定义了实现Abastraction的基本操作，而它的派生类实现这些接口。 [详细内容]

　设计模式解析和实现之八-Composite模式

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

抽象基类：
1）Component：为组合中的对象声明接口，声明了类共有接口的缺省行为（如这里的Add，Remove，GetChild函数），声明一个接口函数可以访问Component的子组件。 [详细内容]

　设计模式的解析和实现之九-Decorator模式

作用：
　　动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说，Decorator 模式相比生成子类更为灵活。
　　UML结构图：

抽象基类：
1）Component：定义一个对象接口，可以为这个接口动态的添加职责。
2）Decorator：维持一个指向Component的指针，并且有一个和Component一致的接口函数。 [详细内容]

　设计模式的解析和实现之十-Proxy模式

作用：
　　为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。
　　UML结构图：

抽象基类：
1）Subject：定义了Proxy和RealSubject的公有接口，这样就可以在任何需要使用到RealSubject的地方都使用Proxy.
解析：
　 　Proxy其实是基于这样一种时常使用到的技术-某个对象直到它真正被使用到的时候才被初始化，在没有使用到的时候就暂时用Proxy作一个占位符。这个模式实现的要点就是Proxy和RealSubject都继承自Subject，这样保证了两个的接口都是一致的。 [详细内容]

　设计模式的解析和实现之十一-TemplateMethod模式

作用：
　　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。TemplateMethod 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。
　　UML结构图：

抽象基类：
1）AbstractClass：抽象基类，定义算法的轮廓
解析：
TemplateMethod 的关键在于在基类中定义了一个算法的轮廓，但是算法每一步具体的实现留给了派生类。但是这样也会造成设计的灵活性不高的缺点，因为轮廓已经定下来了要想改变就比较难了，这也是为什么优先采用聚合而不是继承的原因。 [详细内容]

　设计模式的解析和实现之十二-ChainOfResponsibility模式

作用：
　　使多个对象都有机会处理请求，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为止。
　　UML结构图：

抽象基类：
1）Handler：定义一个处理请求的接口，在图中这个接口就是HandleRequset函数，这个类同时有一个指向Handler对象的指针，指向后续的处理请求的对象（如果有的话）。 [详细内容]

　设计模式的解析和实现之十三-FlyWeight模式

作用：
　　运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。
　　UML结构图：

解析：
　　Flyweight模式在大量使用一些可以被共享的对象的时候经常使用。比如，在QQ聊天的时候很多时候你懒得回复又不得不回复的时候，一般会用一些客套的话语敷衍别人，如"呵呵"，"好的"等等之类的，这些简单的答复其实每个人都是提前定义好的，在使用的时候才调用出来。Flyweight就是基于解决这种问题的思路而产生的，当需要一个可以在其它地方共享使用的对象的时候，先去查询是否已经存在了同样的对象，如果没有就生成之有的话就直接使用。因此，Flyweight模式和Factory模式也经常混用。 [详细内容]

　设计模式的解析和实现之十四-Command模式

作用：
　　 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，以及支持可撤消的操作。
　　UML结构图：

解析：
　　Comnand模式的思想是把命令封装在一个类中，就是这里的Command基类，同时把接收对象也封装在一个类中就是这里的Receiver类中，由调用这个命令的类也就是这里的Invoker类来调用。其实，如果弄清楚了Command模式的原理，就会发现其实它和注册回调函数的原理是很相似的，而在面向过程的设计中的回调函数其实和这里的Command类的作用是一致的。采用Command模式解耦了命令的发出者和命令的执行者。 [详细内容]

　设计模式的解析和实现之十五-Observer模式

作用：
　　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。
　　UML结构图：

抽象基类：
　　Observer模式定义的是一种一对多的关系，这里的一就是图中的Subject类，而多则是Obesrver类，当Subject类的状态发生变化的时候通知与之对应的Obesrver类们也去相应的更新状态，同时支持动态的添加和删除Observer对象的功能。Obesrver模式的实现要点是... [详细内容]

　设计模式的解析和实现之十六-Strategy模式

作用：
　　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。本模式使得算法可独立于使用它的客户而变化。
解析：
　　简而言之一句话，Strategy模式是对算法的封装。处理一个问题的时候可能有多种算法，这些算法的接口（输入参数，输出参数等）都是一致的，那么可以考虑采用Strategy模式对这些算法进行封装，在基类中定义一个函数接口就可以了。[详细内容]

　 设计模式的解析和实现之十七-State模式

作用：
　　允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。
　　UML结构图：

解析：
　 　State模式主要解决的是在开发中时常遇到的根据不同的状态需要进行不同的处理操作的问题，而这样的问题，大部分人是采用switch-case语句进行处理的，这样会造成一个问题：分支过多，而且如果加入一个新的状态就需要对原来的代码进行编译。State模式采用... [详细内容]

　设计模式的解析和实现之十八-Iterator模式

作用：
　　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。
　　UML结构图：

解析：
　　Iterator几乎是大部分人在初学C++的时候就无意之中接触到的第一种设计模式，因为在STL之中，所有的容器类都有与之相关的迭代器。以前初学STL的时候，时常在看到讲述迭代器作用的时候是这么说的：提供一种方式，使得算法和容器可以独立的变化，而且在访问容器对象的时候... [详细内容]

　设计模式的解析和实现之十九-Memento模式

作用：
　　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原先保存的状态。
　　UML结构图：

解析：
　　Memento模式中封装的是需要保存的状态，当需要恢复的时候才取出来进行恢复。原理很简单，实现的时候需要注意一个地方：窄接口和宽接口。所谓的宽接口就是一般意义上的接口，把对外的接口作为public成员；而窄接口反之，把接口作为private成员，而把需要访问这些接口函数的类作为这个类的友元类，也就是说接口只暴露给了对这些接口感兴趣的类，而不是暴露在外部。 [详细内容]

　设计模式的解析和实现之二十-Visitor模式

作用：
　　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。
　　UML结构图：

解析：
　　Visitor模式把对结点的访问封装成一个抽象基类，通过派生出不同的类生成新的访问方式。在实现的时候，在visitor抽象基类中声明了对所有不同结点进行访问的接口函数，如图中的VisitConcreateElementA函数等，这样也造成了Visitor模式的一个缺陷——新加入一个结点的时候... [详细内容]