C++简单实现几种常用的设计模式

本文介绍几种常用的设计模式并给出C++实现。

1.单例模式

作用：保证一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点，使得系统中只有唯一的一个对象实例。

应用：常用于管理资源，如日志、线程池

实现要点：

在类中，要构造一个实例，就必须调用类的构造函数，并且为了保证全局只有一个实例，

需防止在外部调用类的构造函数而构造实例，需要将构造函数的访问权限标记为private，

同时阻止拷贝创建对象时赋值时拷贝对象，因此也将它们声明并权限标记为private；

另外，需要提供一个全局访问点，就需要在类中定义一个static函数，返回在类内部唯一构造的实例。

class Singleton{public:    static Singleton& getInstance(){        static Singleton instance;        return instance;    }    void printTest(){        cout<<"do something"<<endl;    }private:    Singleton(){}//防止外部调用构造创建对象    Singleton(Singleton const &singleton);//阻止拷贝创建对象    Singleton& operator=(Singleton const &singleton);//阻止赋值对象};int main(){    Singleton &a=Singleton::getInstance();    a.printTest();    return 0;}

首先，构造函数声明成private的目的是只允许内部调用，getInstance()中的静态局部变量创建时调用，但不允许外部调用构造创建第二个实例；

然后，拷贝构造和拷贝赋值符是声明成了private而不给出定义，其目的是阻止拷贝，如果企图通过拷贝构造来创建第二个实例，编译器会报错。

阻止拷贝的另一种写法是声明后接一个"=delete",也能起到相同的作用（C++11）。

2.工厂模式

工厂模式包括三种：简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式。

工厂模式的主要作用是封装对象的创建，分离对象的创建和操作过程，用于批量管理对象的创建过程，便于程序的维护和扩展。

（1）简单工厂模式

简单工厂是工厂模式最简单的一种实现，对于不同产品的创建定义一个工厂类，将产品的类型作为参数传入到工厂的创建函数，根据类型分支选择不同的产品构造函数。

//简单工厂模式typedef enum ProductTypeTag{    TypeA,    TypeB,    TypeC}PRODUCTTYPE;class Product//产品抽象基类{public:    virtual void Show() = 0;};class ProductA : public Product{public:    void Show()    {        cout<<"I'm ProductA"<<endl;    }};class ProductB : public Product{public:    void Show()    {        cout<<"I'm ProductB"<<endl;    }};class ProductC : public Product{public:    void Show()    {        cout<<"I'm ProductC"<<endl;    }};class Factory//工厂类{public:    Product* CreateProduct(PRODUCTTYPE type)    {        switch (type)        {        case TypeA:            return new ProductA();        case TypeB:            return new ProductB();        case TypeC:            return new ProductC();        default:            return NULL;        }    }};int main(){    Factory productCreator;    Product *productA=productCreator.CreateProduct(TypeA);    Product *productB=productCreator.CreateProduct(TypeB);    Product *productC=productCreator.CreateProduct(TypeC);    productA->Show();    productB->Show();    productC->Show();    if(productA){        delete productA;        productA=NULL;    }    if(productB){        delete productB;        productB=NULL;    }    if(productC){        delete productC;        productC=NULL;    }    return 0;}

（2）工厂方法模式

其实这才是正宗的工厂模式，简单工厂模式只是一个简单的对创建过程封装。工厂方法模式在简单工厂模式的基础上增加对工厂的基类抽象，不同的产品创建采用不同的工厂创建（从工厂的抽象基类派生），这样创建不同的产品过程就由不同的工厂分工解决：FactoryA专心负责生产ProductA，FactoryB专心负责生产ProductB，FactoryA和FactoryB之间没有关系；如果到了后期，如果需要生产ProductC时，我们则可以创建一个FactoryC工厂类，该类专心负责生产ProductC类产品。

该模式相对于简单工厂模式的优势在于：便于后期产品种类的扩展。

//工厂方法模式typedef enum ProductTypeTag{    TypeA,    TypeB,    TypeC}PRODUCTTYPE;class Product//产品抽象基类{public:    virtual void Show() = 0;};class ProductA : public Product{public:    void Show()    {        cout<<"I'm ProductA"<<endl;    }};class ProductB : public Product{public:    void Show()    {        cout<<"I'm ProductB"<<endl;    }};class Factory//工厂类{public:    virtual Product *createProduct()=0;};class FactoryA:public Factory{public:    Product *createProduct(){        return new ProductA();    }};class FactoryB:public Factory{public:    Product *createProduct(){        return new ProductB();    }};class FactoryC:public Factory{public:    Product *createProduct(){        return new ProductC();    }};int main(){        Factory *factoryA=new FactoryA();        Product *productA = factoryA->createProduct();        productA->Show();        Factory *factoryB=new FactoryB();        Product *productB = factoryB->createProduct();        productB->Show();        if (factoryA)        {            delete factoryA;            factoryA = NULL;        }        if (factoryB)        {            delete factoryB;            factoryB = NULL;        }        if (productA)        {            delete productA;            productA = NULL;        }        if (productB)        {            delete productB;            productB = NULL;        }        return 0;}

（3）抽象工厂模式

抽象工厂模式对工厂方法模式进行了更加一般化的描述。工厂方法模式适用于产品种类结构单一的场合，为一类产品提供创建的接口；而抽象工厂方法适用于产品种类结构多的场合，就是当具有多个抽象产品类型时，抽象工厂便可以派上用场。

抽象工厂模式更适合实际情况，受生产线所限，让低端工厂生产不同种类的低端产品，高端工厂生产不同种类的高端产品。

//抽象工厂模式class ProductA{public:    virtual void Show() = 0;};class ProductA1 : public ProductA//A类低端产品{public:    void Show()    {        cout<<"I'm ProductA1"<<endl;    }};class ProductA2 : public ProductA//A类高端产品{public:    void Show()    {        cout<<"I'm ProductA2"<<endl;    }};class ProductB{public:    virtual void Show() = 0;};class ProductB1 : public ProductB//B类低端产品{public:    void Show()    {        cout<<"I'm ProductB1"<<endl;    }};class ProductB2 : public ProductB//B类高端产品{public:    void Show()    {        cout<<"I'm ProductB2"<<endl;    }};class Factory{public:    virtual ProductA *CreateProductA() = 0;    virtual ProductB *CreateProductB() = 0;};class Factory1 : public Factory//1号工厂用于生产低端产品{public:    ProductA *CreateProductA()    {        return new ProductA1();    }    ProductB *CreateProductB()    {        return new ProductB1();    }};class Factory2 : public Factory//2号工厂用于生产高端产品{    ProductA *CreateProductA()    {        return new ProductA2();    }    ProductB *CreateProductB()    {        return new ProductB2();    }};int main(){    Factory *factory1 = new Factory1();    ProductA *productA1 = factory1->CreateProductA();    ProductB *productB1 = factory1->CreateProductB();    productA1->Show();    productB1->Show();    Factory *factory2 = new Factory2();    ProductA *productA2 = factory2->CreateProductA();    ProductB *productB2 = factory2->CreateProductB();    productA2->Show();    productB2->Show();    if (factory1)    {        delete factory1;        factory1 = NULL;    }    if (productA1)    {        delete productA1;        productA1= NULL;    }    if (productB1)    {        delete productB1;        productB1 = NULL;    }    if (factory2)    {        delete factory2;        factory2 = NULL;    }    if (productA2)    {        delete productA2;        productA2 = NULL;    }    if (productB2)    {        delete productB2;        productB2 = NULL;    }}