Padrões de Projeto em C++: Guia Completo com Exemplos

Introdução aos Padrões de Projeto em C++

Padrões de projeto (design patterns) são soluções arquiteturais testadas pelo tempo para problemas típicos de desenvolvimento. No mundo do C++, eles são especialmente importantes, pois permitem criar código flexível, extensível e de fácil manutenção. Neste artigo, vamos analisar quatro padrões fundamentais: Singleton, Factory Method, Observer e Strategy — com exemplos completos em C++ moderno (C++17/20).

Cada padrão será acompanhado por um exemplo prático, diagrama de classes e explicações sobre sua aplicação. O material é voltado para desenvolvedores que já conhecem os fundamentos de C++ e POO.

1. Padrão Criacional Singleton

Singleton garante que uma classe tenha apenas uma instância e fornece um ponto de acesso global a ela. Em C++, a implementação clássica usa um método estático e um construtor privado.

Quando usar

• Gerenciamento de conexão com banco de dados
• Sistema de logging
• Gerenciador de cache
• Configuração da aplicação

Exemplo de implementação (Singleton thread-safe)

#include <iostream>#include <mutex>#include <memory>

class Logger {private:    static std::unique_ptr<Logger> instance;    static std::mutex mtx;        Logger() {        std::cout << "Logger criado" << std::endl;    }    public:    Logger(const Logger&) = delete;    Logger& operator=(const Logger&) = delete;        static Logger* getInstance() {        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);        if (!instance) {            instance.reset(new Logger());        }        return instance.get();    }        void log(const std::string& msg) {        std::cout << "[LOG] " << msg << std::endl;    }};

std::unique_ptr<Logger> Logger::instance = nullptr;std::mutex Logger::mtx;

int main() {    Logger* log1 = Logger::getInstance();    Logger* log2 = Logger::getInstance();        log1->log("Mensagem de teste");        // log1 e log2 apontam para o mesmo objeto    std::cout << "log1 == log2: " << (log1 == log2) << std::endl;    return 0;}

Abordagem C++ moderna (Meyers' Singleton)

class ConfigManager {public:    static ConfigManager& getInstance() {        static ConfigManager instance;  // thread-safe a partir do C++11+        return instance;    }        void setParam(const std::string& key, const std::string& value) {        params[key] = value;    }        std::string getParam(const std::string& key) {        return params[key];    }    private:    ConfigManager() = default;    std::map<std::string, std::string> params;};

2. Padrão Criacional Factory Method

Factory Method define uma interface para criar um objeto, mas permite que subclasses escolham a classe concreta do objeto a ser criado. Esse padrão é especialmente útil quando o tipo do objeto não é conhecido antecipadamente.

Estrutura do padrão

• Product — classe abstrata do produto
• ConcreteProduct — implementação concreta do produto
• Creator — classe abstrata do criador com o método fábrica
• ConcreteCreator — sobrescreve o método fábrica

Exemplo: sistema de notificações

#include <iostream>#include <memory>#include <string>

// Produto abstratoclass Notification {public:    virtual void send(const std::string& message) = 0;    virtual ~Notification() = default;};

// Produtos concretosclass EmailNotification : public Notification {public:    void send(const std::str