Padrões de Projeto em C++: Técnicas Avançadas e Exemplos de Código

Padrões Avançados de Projeto em C++: da Teoria ao Código Real

Padrões de projeto são soluções comprovadas para problemas típicos em programação orientada a objetos. Se você já dominou os padrões básicos (Singleton, Factory, Observer), é hora de avançar para o próximo nível. Neste artigo, vamos analisar quatro padrões avançados: Visitor, Strategy, State e Command. Todos os exemplos são escritos em C++17/20 moderno, usando smart pointers, polimorfismo e templates.

1. Padrão Visitor (Visitante)

O padrão Visitor permite adicionar novas operações a uma hierarquia de classes sem modificar as próprias classes. É uma solução ideal para trabalhar com árvores AST, cenas gráficas ou sistemas de exportação.

Problema

Você tem uma hierarquia de formas geométricas (Circle, Rectangle, Triangle). Precisa implementar operações: cálculo de área, renderização, serialização em JSON. Se adicionar métodos em cada classe, viola o princípio aberto/fechado.

Solução em C++17

#include <iostream>#include <memory>#include <vector>

// Forward declarationclass Circle;class Rectangle;

class Visitor {public:    virtual void visit(Circle& c) = 0;    virtual void visit(Rectangle& r) = 0;    virtual ~Visitor() = default;};

class Shape {public:    virtual void accept(Visitor& v) = 0;    virtual ~Shape() = default;};

class Circle : public Shape {public:    double radius = 5.0;    void accept(Visitor& v) override { v.visit(*this); }};

class Rectangle : public Shape {public:    double width = 4.0, height = 6.0;    void accept(Visitor& v) override { v.visit(*this); }};

// Visitante concretoclass AreaVisitor : public Visitor {public:    void visit(Circle& c) override {        std::cout << "Circle area: " << 3.14159 * c.radius * c.radius << "";    }    void visit(Rectangle& r) override {        std::cout << "Rectangle area: " << r.width * r.height << "";    }};

int main() {    std::vector<std::unique_ptr<Shape>> shapes;    shapes.push_back(std::make_unique<Circle>());    shapes.push_back(std::make_unique<Rectangle>());

    AreaVisitor av;    for (auto& s : shapes) {        s->accept(av);    }    return 0;}

2. Padrão Strategy (Estratégia)

Strategy permite alterar o algoritmo de processamento de dados durante a execução. Diferente do Visitor, que trabalha com hierarquia de objetos, o Strategy encapsula um algoritmo individual.

Cenário real

Sistema de compressão de arquivos. O usuário escolhe o algoritmo: ZIP, GZIP ou próprio. Em vez de uma cadeia if-else, usamos Strategy.

Implementação com std::function

#include <iostream>#include <functional>#include <string>

class CompressionContext {private:    std::function<void(const std::string&)> strategy_;public:    explicit CompressionContext(std::function<void(const std::string&)> strategy)        : strategy_(std::move(strategy)) {}

    void setStrategy(std::function<void(const std::string&)> strategy) {        strategy_ = std::move(strategy);    }

    void compress(const std::string& data) {        if (strategy_) {            strategy_(data);        } else {            std::cout << "No strategy set";        }    }};

int main() {    auto zip = [](const std::string& d) {        std::cout << "Compressing with ZIP: " << d << "";    };    auto gzip = [](const std::string& d) {        std::cout << "Compressing with GZIP: " << d << "";    };

    CompressionContext ctx(zip);    ctx.compress("Hello World");  // ZIP

    ctx.setStrategy(gzip)