C++设计模式：高级技巧与代码示例

C++ 高级设计模式：从理论到实际代码

设计模式是面向对象编程中经过验证的典型问题解决方案。如果你已经掌握了基础模式（Singleton、Factory、Observer），是时候进入下一个层次了。本文将深入讲解四种高级设计模式：Visitor（访问者）、Strategy（策略）、State（状态）和Command（命令）。所有示例均使用现代 C++17/20 编写，包含智能指针、多态和模板。

1. Visitor（访问者）模式

Visitor 模式允许在不修改现有类的情况下，向类层次结构添加新操作。这是处理 AST 树、图形场景或导出系统的理想解决方案。

问题

你有一个几何图形类层次结构（Circle、Rectangle、Triangle）。需要实现以下操作：计算面积、绘制、序列化为 JSON。如果在每个类中添加方法，会违反开闭原则。

C++17 解决方案

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

// 前向声明class 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); }};

// 具体访问者class 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. Strategy（策略）模式

Strategy 允许在运行时更改数据处理算法。与处理对象层次结构的 Visitor 不同，Strategy 封装了单个算法。

实际场景

文件压缩系统。用户选择算法：ZIP、GZIP 或自定义算法。使用 Strategy 替代 if-else 链。

使用 std::function 的实现

#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)