《C++的面向对象编程》课件.ppt

**********第十章：设计模式简介设计模式的概念设计模式是软件设计中常见问题的典型解决方案，是经过验证的、可复用的设计经验。它们不是具体的代码，而是解决特定问题的模板。设计模式帮助开发者使用经过实践检验的范式，避免重复发明轮子，提高代码质量和可维护性。设计模式的使用需要考虑具体上下文，不应过度使用或强行套用。1设计模式的分类设计模式通常分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。创建型模式关注对象的创建机制，如单例模式、工厂方法等；结构型模式关注类和对象的组织方式，如适配器模式、装饰器模式等；行为型模式关注对象间的交互和责任分配，如观察者模式、策略模式等。每种模式都有特定的适用场景和实现技巧。2常见设计模式举例常见的设计模式包括：单例模式（确保类只有一个实例）、工厂模式（封装对象创建过程）、适配器模式（使不兼容的接口协同工作）、观察者模式（定义对象间一对多的依赖关系）、策略模式（定义一系列算法并使它们可互换）、命令模式（将请求封装为对象）、装饰器模式（动态添加功能）等。C++标准库中使用了多种设计模式，如迭代器模式和适配器模式。3单例模式1单例模式的概念单例模式（SingletonPattern）确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。单例模式适用于需要全局唯一实例的情况，如配置管理器、连接池、线程池等。单例的实现需要私有构造函数、禁止复制和移动、静态实例获取方法。单例模式的使用需要谨慎，可能导致全局状态、隐藏依赖关系和测试困难。2懒汉式vs饿汉式单例模式有两种主要实现方式：懒汉式和饿汉式。懒汉式在首次请求时创建实例（延迟初始化），优点是按需创建，缺点是需要处理多线程安全问题。饿汉式在程序启动时就创建实例，优点是实现简单且线程安全，缺点是即使不使用也会创建实例。C++11引入的局部静态变量初始化线程安全特性，使懒汉式实现变得简单。3线程安全的单例在多线程环境中，单例模式需要确保线程安全。传统方法使用双检锁（DCLP）+volatile，但在C++中存在内存模型问题。C++11提供了更好的方法：使用局部静态变量（函数内static）实现懒汉式单例，标准保证其初始化是线程安全的。对于既需要线程安全又需要控制销毁时机的单例，可以结合智能指针和互斥锁实现。工厂模式简单工厂简单工厂模式（SimpleFactory）使用一个工厂类负责创建产品对象。客户端通过参数指定所需产品类型，工厂根据参数创建并返回相应产品。简单工厂将对象创建逻辑集中管理，客户端无需了解具体产品类。缺点是工厂类职责过重，违反开闭原则，添加新产品需要修改工厂类代码。工厂方法工厂方法模式（FactoryMethod）定义一个创建对象的接口，但由子类决定实例化哪个类。每种产品类型对应一个具体工厂类。这种模式将产品创建延迟到工厂子类，符合开闭原则，添加新产品只需添加新的产品类和工厂类。缺点是类的数量增加，系统复杂度上升。抽象工厂抽象工厂模式（AbstractFactory）提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们的具体类。它适用于需要创建产品族的场景，如不同风格的UI组件。抽象工厂模式使产品族的切换变得容易，增强了系统的一致性。缺点是添加新产品需要修改抽象工厂接口和所有具体工厂实现。观察者模式复杂度评分灵活性评分可维护性评分观察者模式（ObserverPattern）定义了对象间的一对多依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖它的对象都会收到通知并自动更新。这种模式由主题（Subject）和观察者（Observer）两个核心角色组成：主题维护观察者列表并通知观察者状态变化；观察者定义接收通知的接口。观察者模式的优点包括：降低对象间的耦合度，支持广播通信，符合开闭原则。缺点包括可能引起循环依赖、通知顺序不确定，以及可能导致性能问题（当观察者很多或通知操作很频繁时）。观察者模式在GUI编程、事件处理系统、发布-订阅系统中广泛应用。C++实现观察者模式可以使用指针/引用、std::function或信号槽机制。第十一章：C++面向对象编程最佳实践代码重用有效的代码重用是面向对象编程的主要目标之一。C++提供了多种代码重用机制：类继承（建立是一种关系）、组合（建立有一个关系）、模板（参数化类型）和策略模式等。一般而言，组合优于继承，因为继承建立了紧密耦合，而组合更灵活。正确选择重用机制，可以显著提高开发效率和代码质量。SOLID原则SOLID是面向对象设计的五个基本原则的首字母缩写：单一职责原则（S）、开闭原则（O）、里氏替换原则（L）、接口隔离原则（I）和依赖反转原则（D）。这些原则指导如何组织类和接口，使系统更加模块化、可理解和可维护。在C++中