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; } }