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设计模式在Qt中的应用

news 来源：原创 2025/5/30 10:10:32

1. 观察者模式

2. 工厂模式

3. 单例模式

4. 命令模式

5. 适配器模式

6. 组合模式

7. 策略模式

8. 装饰器模式

9. 职责链模式

总结

Qt 框架本身广泛采用了多种设计模式，开发者也可以基于这些模式构建更灵活、可维护的应用程序。以下是常见设计模式在 Qt 中的具体应用场景及示例：

1. 观察者模式

模式作用：对象间定义一对多的依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖它的对象自动得到通知。
Qt 应用：
信号与槽机制（Signals and Slots） 是观察者模式的经典实现。
- 信号（Signal）：被观察者（Subject）触发事件。
- 槽（Slot）：观察者（Observer）的事件处理函数。
示例：按钮点击事件处理
```
QPushButton *button = new QPushButton("Click me");
QObject::connect(button, &QPushButton::clicked, []() {
    qDebug() << "Button clicked!";
});
```

2. 工厂模式

模式作用：通过工厂类创建对象，隐藏具体类的实例化逻辑。
Qt 应用：
- QWidget 组件创建：通过基类指针创建具体子类对象（如 QPushButton、QLabel）。
- QML 组件动态加载：通过 Loader 组件按需创建界面元素。
示例：工厂方法创建按钮
```
QWidget* createWidget(const QString &type) {
    if (type == "button") return new QPushButton;
    else if (type == "label") return new QLabel;
    return nullptr;
}
```

3. 单例模式

模式作用：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。

Qt 应用：

QApplication：管理全局应用程序状态，保证单实例。
QSettings：统一管理应用程序配置。

示例：自定义单例类

class Logger : public QObject {
public:
    static Logger& instance() {
        static Logger logger;
        return logger;
    }
    void log(const QString &message) { qDebug() << message; }
private:
    Logger() {} // 私有构造函数
};

// 使用
Logger::instance().log("Hello Qt");

4. 命令模式

模式作用：将请求封装为对象，支持撤销、重做和日志功能。

Qt 应用：
QUndoFramework：提供 QUndoCommand 基类，封装操作和撤销逻辑。

示例：实现撤销/重做功能

class AddCommand : public QUndoCommand {
public:
    AddCommand(QList<int> &list, int value) : m_list(list), m_value(value) {}
    void redo() override { m_list.append(m_value); }
    void undo() override { m_list.removeLast(); }
private:
    QList<int> &m_list;
    int m_value;
};

// 使用
QUndoStack undoStack;
QList<int> data;
undoStack.push(new AddCommand(data, 42)); // 执行添加
undoStack.undo(); // 撤销

5. 适配器模式

模式作用：将一个类的接口转换为客户端期望的另一个接口。

Qt 应用：
Model/View 框架：通过 QAbstractItemModel 适配不同数据源（如数据库、文件系统）到统一接口。

示例：自定义适配器模型

class CustomModel : public QAbstractTableModel {
public:
    int rowCount(const QModelIndex &) const override { return m_data.size(); }
    int columnCount(const QModelIndex &) const override { return 2; }
    QVariant data(const QModelIndex &index, int role) const override {
        if (role == Qt::DisplayRole)
            return m_data[index.row()][index.column()];
        return QVariant();
    }
private:
    QVector<QVector<QString>> m_data;
};

6. 组合模式

模式作用：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”层次结构。

Qt 应用：
QObject 父子对象树：通过 QObject::setParent() 管理对象的生命周期和事件传递。

示例：构建对象树

QWidget *window = new QWidget;
QVBoxLayout *layout = new QVBoxLayout(window);
layout->addWidget(new QLabel("Title"));
layout->addWidget(new QPushButton("OK"));
window->show();

7. 策略模式

模式作用：定义算法族，封装每个算法并使它们可互换。

Qt 应用：
布局管理器（QLayout）：动态切换布局策略（如 QVBoxLayout 和 QHBoxLayout）。

示例：动态切换布局

QWidget *widget = new QWidget;
QLayout *layout = new QVBoxLayout(widget);
// 切换为水平布局
delete layout;
layout = new QHBoxLayout(widget);

8. 装饰器模式

模式作用：动态地为对象添加额外职责。
Qt 应用：
QSS（Qt Style Sheets）：通过样式表动态修改控件外观（如添加边框、背景）。

示例：装饰按钮样式
```
QPushButton *button = new QPushButton("Styled Button");
button->setStyleSheet("background: blue; color: white; border-radius: 5px;");
```

9. 职责链模式

模式作用：将请求的发送者和接收者解耦，使多个对象都有机会处理请求。

Qt 应用：
事件处理机制：事件在对象树中传递，直到被处理（如鼠标点击事件）。

示例：自定义事件处理

class CustomWidget : public QWidget {
protected:
    void mousePressEvent(QMouseEvent *event) override {
        if (event->button() == Qt::LeftButton) {
            qDebug() << "Left button pressed";
            event->accept(); // 阻止事件继续传递
        } else {
            QWidget::mousePressEvent(event); // 传递到父类处理
        }
    }
};

总结

设计模式	Qt 应用场景	关键类/机制
观察者模式	信号与槽、事件处理	`QObject::connect`
工厂模式	动态创建控件或 QML 组件	`QWidgetFactory`、`Loader`
单例模式	全局状态管理（如配置、日志）	`QApplication`、`QSettings`
命令模式	撤销/重做框架	`QUndoCommand`、`QUndoStack`
适配器模式	Model/View 数据适配	`QAbstractItemModel`
组合模式	对象树管理	`QObject` 父子关系
策略模式	布局管理器、算法替换	`QLayout` 子类
装饰器模式	动态样式修改	`QSS（Qt Style Sheets）`
职责链模式	事件传递机制	`QEvent`、事件过滤器