C++笔记十一（C++设计模式）

2017-06-27  本文已影响0人  小小出大炮

本周内容
（1）设计模式简介
（2）面向对象设计原则
（3）模板方法
（4）策略模式
（5）观察者模式
（6）装饰模式
（7）桥模式

一 设计模式简介

什么是设计模式？每一个模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案的核心。这样，你就能一次又一次地使用该方案而不必做重复劳动————Christopher Alexander。
历史性著作《设计模式：可复用面向对象软件的基础》一书中描述了种经典面向对象设计模式，创立了模式在软件设计中的地位。由于《设计模式》一书确定了设计模式的地位，通常所说的设计模式隐含地表示“面向对象设计模式”。但这并不意味“设计模式”就等于“面向对象设计模式”。

从面向对象谈起

深入理解面向对象

软件设计复杂的根本原因：1.客户需求的变化；2.技术平台的变化；3.开发团队的变化；4.市场环境的变化。所以代码的复用性对于效率的提升是非常行之有效的。

通常解决复杂性有两种方式（对这两种方式更深的理解详见Mypain代码例子）

二 面向对象设计原则

两个非常相似的代码可能设计模式完全不一样，两个相差千里的代码可能设计模式是类似的。

设计原则一：实例代码中第一种Mainform依赖Line和Rect，这是不好的，第二种Mainform依赖一个抽象Shape，Line和Rect依赖Shape，实现隔离变化。

设计原则二：比如某公司制造了一批桌子，后来顾客有防火等级的需求，笨的做法是把这些桌子扔掉，聪明的办法是在桌子上涂上防火材料。

设计原则三：

设计原则四：

设计原则五：只是子类使用protected，本类使用private，真正有需要就public。

设计原则六：

设计原则七：一般层次对封装的理解是封装数据和代码，更高层次的理解是封装变化层，一侧稳定，一侧不稳定。

设计原则八

将设计原则提升为设计经验

  • GOF-23模板分类
模式分类.png

重构关键技法

三 模板方法

动机

对比两种设计方式：
方式一结构化软件设计流程

//程序库开发人员
class Library{

public:
    void Step1(){
        //...
    }

    void Step3(){
        //...
    }

    void Step5(){
        //...
    }
};
//应用程序开发人员
class Application{
public:
    bool Step2(){
        //...
    }

    void Step4(){
        //...
    }
};

int main()
{
    Library lib();
    Application app();

    lib.Step1();

    if (app.Step2()){
        lib.Step3();
    }

    for (int i = 0; i < 4; i++){
        app.Step4();
    }

    lib.Step5();

}
结构化软件设计流程.png

方式二面向对象软件设计流程

//应用程序开发人员
class Application : public Library {
protected:
    virtual bool Step2(){
        //... 子类重写实现
    }

    virtual void Step4() {
        //... 子类重写实现
    }
};




int main()
    {
        Library* pLib=new Application();
        lib->Run();

        delete pLib;
    }
}
//程序库开发人员
class Library{
public:
    //稳定 template method
    void Run(){
        
        Step1();

        if (Step2()) { //支持变化 ==> 虚函数的多态调用
            Step3(); 
        }

        for (int i = 0; i < 4; i++){
            Step4(); //支持变化 ==> 虚函数的多态调用
        }

        Step5();

    }
    virtual ~Library(){ }

protected:
    
    void Step1() { //稳定
        //.....
    }
    void Step3() {//稳定
        //.....
    }
    void Step5() { //稳定
        //.....
    }

    virtual bool Step2() = 0;//变化
    virtual void Step4() =0; //变化
};
面向对象软件设计流程.png

第二种设计方式代码的复用性比第一种高。

结构（Structure）：TemplateMethod()是稳定的，PrimitiveOperation1()和PrimitiveOperation2()是变化的


模板方式结构.png

要点总结

四 策略模式

动机

对比传统if-else方式和策略模式

//if-else方式
enum TaxBase {
    CN_Tax,
    US_Tax,
    DE_Tax,
    FR_Tax       //更改
};

class SalesOrder{
    TaxBase tax;
public:
    double CalculateTax(){
        //...
        
        if (tax == CN_Tax){
            //CN***********
        }
        else if (tax == US_Tax){
            //US***********
        }
        else if (tax == DE_Tax){
            //DE***********
        }
        else if (tax == FR_Tax){  //更改
            //...
        }

        //....
     }
    
};

//策略模式
class TaxStrategy{
public:
    virtual double Calculate(const Context& context)=0;
    virtual ~TaxStrategy(){}
};


class CNTax : public TaxStrategy{
public:
    virtual double Calculate(const Context& context){
        //***********
    }
};

class USTax : public TaxStrategy{
public:
    virtual double Calculate(const Context& context){
        //***********
    }
};

class DETax : public TaxStrategy{
public:
    virtual double Calculate(const Context& context){
        //***********
    }
};



//扩展
//*********************************
class FRTax : public TaxStrategy{
public:
    virtual double Calculate(const Context& context){
        //.........
    }
};


class SalesOrder{
private:
    TaxStrategy* strategy;

public:
    SalesOrder(StrategyFactory* strategyFactory){
        this->strategy = strategyFactory->NewStrategy();
    }
    ~SalesOrder(){
        delete this->strategy;
    }

    public double CalculateTax(){
        //...
        Context context();
        
        double val = 
            strategy->Calculate(context); //多态调用
        //...
    }
    
};

第一种if-else方式违反了开放封闭原则，扩展需要更改源代码，代码复用性不高，而第二种策略模式则很好地优化这点，但是当情况是固定的比如一周有七天，每天都干什么，则可使用if-else方式
。
策略模式结构图：Context和Strategy是稳定的，ConcreteStrategyA、ConcreteStrategyB、ConcreteStrategyC是变化的。


策略结构.png

要点总结

五 观察者模式

动机

模式定义：
定义对象间的一种一对多（变化）的依赖关系，以便当一个对象（Subject）的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并自动更新。————设计模式GoF

观察者模式结构.png

六 装饰模式

动机

模式定义：
动态（组合）地给一个对象增加一些额外的职责。就增加功能而言，Decorator模式比生成子类（继承）更为灵活（消除重复代码&减少子类个数）。————《设计模式》GoF

装饰模式结构.png

要点总结：

七 桥模式

动机

模式定义：
将抽象部分（业务功能）与实现部分（平台实现）分离，使它们都可以独立地变化。——《设计模式》GoF

桥模式结构.png

要点总结：

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