C++设计模式与示例：完整指南

C++设计模式与示例：从A到Z

设计模式（design patterns）是软件开发中常见问题的经过验证的解决方案。对于C++而言，这些模式尤为重要，因为该语言结合了面向对象、泛型和底层编程。在本文中，我们将通过代码示例剖析C++中的关键设计模式，帮助您编写更灵活、可重用且易于维护的代码。

我们将按照GoF（四人帮）分类法探讨三大类模式：创建型、结构型和行为型。每个模式都将通过C++的真实示例进行说明。

1. 创建型模式（Creational Patterns）

创建型模式抽象了对象的创建过程，使系统独立于对象的创建、组合和表示方式。

1.1. Singleton（单例模式）

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。在C++中，通常通过静态局部对象实现（自C++11起线程安全）。

class Logger {public:    static Logger& getInstance() {        static Logger instance; // 线程安全初始化        return instance;    }

    void log(const std::string& message) {        std::cout << "[LOG] " << message << std::endl;    }

private:    Logger() = default;    Logger(const Logger&) = delete;    Logger& operator=(const Logger&) = delete;};

// 使用int main() {    Logger::getInstance().log("应用程序已启动");    return 0;}

何时使用：配置管理、线程池、日志系统。

1.2. Factory Method（工厂方法）

工厂方法定义了一个创建对象的接口，但允许子类决定实例化哪个类。

class Product {public:    virtual void use() = 0;    virtual ~Product() = default;};

class ConcreteProductA : public Product {public:    void use() override { std::cout << "产品A" << std::endl; }};

class ConcreteProductB : public Product {public:    void use() override { std::cout << "产品B" << std::endl; }};

class Creator {public:    virtual Product* createProduct() = 0;    void someOperation() {        Product* p = createProduct();        p->use();        delete p;    }    virtual ~Creator() = default;};

class CreatorA : public Creator {public:    Product* createProduct() override { return new ConcreteProductA(); }};

class CreatorB : public Creator {public:    Product* createProduct() override { return new ConcreteProductB(); }};

何时使用：当类不知道需要创建哪些子类的对象时。

2. 结构型模式（Structural Patterns）

结构型模式描述了如何将类和对象组合成更大的结构，同时保持灵活性和效率。

2.1. Adapter（适配器模式）

适配器模式允许接口不兼容的对象协同工作。在C++中，通常通过继承或组合实现。

// 目标接口class Target {public:    virtual void request() const {        std::cout << "普通请求" << std::endl;    }    virtual ~Target() = default;};

// 可适配类class Adaptee {public:    void specificRequest() const {        std::cout << "特定请求" << std::endl;    }};

// 适配器（通过组合）class Adapter : public Target {private:    Adaptee* adaptee_;public:    Adapter(Adaptee* a) : adaptee_(a) {}    void request() const override {        adaptee_->specificRequest();    }};