C++中的设计模式：实现与示例

设计模式是软件开发中经常遇到的问题的优雅解决方案。它们提供了一种在特定环境中重用的方法，以提高代码的可读性、可维护性和可扩展性。C++作为一种功能强大的编程语言，可以很好地支持各种设计模式。在本文中，我们将探讨C++中的几种常见设计模式，并通过示例代码进行说明。

一、单例模式（Singleton Pattern）

单例模式是一种创建型模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。在C++中，我们可以使用局部静态变量的方法来实现单例模式。

示例代码：

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance; // 局部静态变量，只初始化一次
        return instance;
    }

    Singleton(const Singleton&) = delete; // 禁止复制构造函数
    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; // 禁止赋值运算符

private:
    Singleton() {} // 私有构造函数，防止外部创建实例
};

int main() {
    Singleton& s1 = Singleton::getInstance();
    Singleton& s2 = Singleton::getInstance();
    // s1 和 s2 指向同一个实例
}

二、观察者模式（Observer Pattern）

观察者模式是一种行为型模式，它定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象，当主题对象状态发生改变时，它的所有依赖者（观察者）都会自动收到通知并更新。

示例代码：

class Subject;

class Observer {
public:
    virtual void update(Subject* subject) = 0;
};

class Subject {
public:
    void attach(Observer* observer) {
        observers_.push_back(observer);
    }

    void notify() {
        for (auto observer : observers_) {
            observer->update(this);
        }
    }

private:
    std::vector<Observer*> observers_;
};

class ConcreteObserver : public Observer {
public:
    void update(Subject* subject) override {
        // 处理更新逻辑
    }
};

int main() {
    Subject subject;
    ConcreteObserver observer;
    subject.attach(&observer);
    // 当subject需要通知观察者时，调用notify()
    subject.notify();
}

三、工厂模式（Factory Pattern）

工厂模式是一种创建型模式，它提供了一种创建对象的接口，但具体的类是在运行时指定的。工厂模式将类的实例化推迟到子类中完成，客户端只需要知道对应的工厂接口，而不需要了解具体的实现细节。

示例代码：

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

class ConcreteProduct : public Product {
public:
    void use() override {
        // 产品的具体实现
    }
};

class Factory {
public:
    virtual Product* createProduct() = 0;
};

class ConcreteFactory : public Factory {
public:
    Product* createProduct() override {
        return new ConcreteProduct();
    }
};

int main() {
    Factory* factory = new ConcreteFactory();
    Product* product = factory->createProduct();
    product->use();
    // 释放资源
    delete product;
    delete factory;
}

以上示例代码展示了C++中实现单例模式、观察者模式和工厂模式的基本方法。当然，在实际开发中，还需要根据具体需求进行适当的调整和优化。理解并灵活运用这些设计模式，将有助于提高C++软件项目的质量和效率。

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C++中的设计模式：实现与示例

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