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C++软件设计模式之类型模式和对象型模式

article 2025/3/4 0:51:26

在 C++ 软件设计模式中，通常将设计模式分为两大类：类型模式（Type Patterns）和对象型模式（Object Patterns）。这两种模式在实现和应用上有不同的特点和目的。

类型模式（Type Patterns）

类型模式主要关注类的继承关系和接口的设计。它们通过继承来扩展类的行为，或者通过接口来定义不同类之间的交互方式。类型模式通常涉及类的静态结构，即类的层次结构和接口定义。

常见的类型模式

类适配器模式（Class Adapter Pattern）：
- 通过继承的方式将一个接口转换为另一个接口，从而实现类的适配。
- 示例：通过继承一个现有的类来实现另一个接口。
类装饰器模式（Class Decorator Pattern）：
- 通过继承现有的类来动态地添加新的职责或行为。
- 示例：通过继承一个类并添加新的方法或属性来扩展其功能。
静态代理模式（Static Proxy Pattern）：
- 通过继承或实现接口的方式来控制对其他对象的访问。
- 示例：通过继承一个类并重写其方法来实现访问控制。

对象型模式（Object Patterns）

对象型模式主要关注对象的组合和协作。它们通过对象的组合和委托来扩展对象的行为，或者通过对象间的动态关系来实现特定的设计目标。对象型模式通常涉及类的动态结构，即对象在运行时的创建和使用。

常见的对象型模式

对象适配器模式（Object Adapter Pattern）：
- 通过对象组合的方式将一个接口转换为另一个接口，从而实现对象的适配。
- 示例：通过组合一个现有的对象来实现另一个接口。
对象装饰器模式（Object Decorator Pattern）：
- 通过对象组合的方式来动态地添加新的职责或行为。
- 示例：通过组合一个对象并添加新的方法或属性来扩展其功能。
代理模式（Proxy Pattern）：
- 通过对象组合的方式来控制对其他对象的访问。
- 示例：通过组合一个对象并重写其方法来实现访问控制。
单例模式（Singleton Pattern）：
- 确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
- 示例：通过控制类的实例化来确保只有一个实例。
工厂模式（Factory Pattern）：
- 提供一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。
- 示例：通过工厂方法来创建对象，隐藏对象的创建逻辑。
建造者模式（Builder Pattern）：
- 将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
- 示例：通过建造者类来逐步构建复杂对象。
原型模式（Prototype Pattern）：
- 使用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。
- 示例：通过克隆现有对象来创建新的对象。

类型模式与对象型模式的对比

静态与动态：
- 类型模式：主要涉及类的静态结构，即类的继承关系和接口定义。它们在编译时就已经确定了类的结构。
- 对象型模式：主要涉及类的动态结构，即对象在运行时的创建和使用。它们在运行时通过对象组合和委托来实现功能的扩展。
扩展方式：
- 类型模式：通过类的继承来扩展功能。这种方式的扩展是静态的，一旦编译完成，类的结构就固定了。
- 对象型模式：通过对象的组合和委托来扩展功能。这种方式的扩展是动态的，可以在运行时根据需要动态地添加或移除功能。
灵活性：
- 类型模式：相对固定，因为继承关系在编译时就已经确定，不太容易在运行时改变。
- 对象型模式：更灵活，因为可以在运行时动态地组合和管理对象，更容易实现复杂的功能扩展和变化管理。
代码复用：
- 类型模式：通过继承来复用代码，但可能会导致类的层次结构复杂，增加维护难度。
- 对象型模式：通过组合和委托来复用代码，通常代码结构更简洁，更容易理解和维护。

示例代码对比

类型模式示例：类适配器模式

#include <iostream>

class Target {
public:
    virtual void request() = 0;
    virtual ~Target() = default;
};

class Adaptee {
public:
    void specificRequest() {
        std::cout << "Adaptee 具体请求" << std::endl;
    }
};

// 类适配器
class Adapter : public Target, private Adaptee {
public:
    void request() override {
        specificRequest();
    }
};

int main() {
    Adapter adapter;
    adapter.request();
    return 0;
}

对象型模式示例：对象适配器模式

#include <iostream>

class Target {
public:
    virtual void request() = 0;
    virtual ~Target() = default;
};

class Adaptee {
public:
    void specificRequest() {
        std::cout << "Adaptee 具体请求" << std::endl;
    }
};

// 对象适配器
class Adapter : public Target {
private:
    Adaptee* _adaptee;
public:
    Adapter(Adaptee* adaptee) : _adaptee(adaptee) {}

    void request() override {
        _adaptee->specificRequest();
    }

    ~Adapter() override {
        delete _adaptee;
    }
};

int main() {
    Adaptee* adaptee = new Adaptee();
    Adapter adapter(adaptee);
    adapter.request();
    delete adaptee;
    return 0;
}