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《C++代码整洁之道》学习笔记，系列之九：设计模式和习惯用法

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不要重新造轮子！

《设计模式 可复用面向对象软件的基础》书中提出了23种面向对象的设计模式，在软件领域，直到现在这本书仍然被认为是最重要的一本书

1. 设计原则与设计模式

• （1）设计原则作为决策基础的基本真理，在大多数情况下，原则是独立于某种编程范式或技术的
• （2）原则更持久、更重要，如果已经深入理解了原则，就可以找到一个合适的设计模式来解决特定的问题
• （3）不要夸大设计模式的作用，过度使用会遇到过度设计的痛苦

2. 常见的设计模式及应用场景

2.1 单例模式

• 单例模式经常用于所谓的日志记录、数据库链接、中央用户管理或表示来自现实世界的东西。但是，单例模式几乎总是带有一种设计的臭味

• 确保一个类只有唯一的实例，并提供对该实例的全局访问

  • a.一方面，这个模式的任务是控制和管理其整个生命周期的唯一实例
  • b.另一方面，提供了对实例的全局访问，程序中所有其他对象都可使用该实例

• 在C++11之后，Meyers单例getInstance()默认是线程安全的，但不意味着单例类中其他成员函数都是线程安全的

• 在软件设计中，对单例对象的所有依赖都隐藏在了代码中，面向对象中的单例就像面向过程中全局变量的使用一样

• 所有使用单例的匿名客户端类都与它紧密耦合在一起，这种情况没法保证单元测试的独立性；而且由于新的或需求变化而不得不更改单例，可能会触发所有依赖类的一系列更改

• 解决的方法是：只创建一个实例，并在需要的地方注入它

2.2 依赖注入

• 依赖注入DI = Dependency Injection

• 构造函数注入：为了摆脱使用单例模式，使用依赖倒置原则DIP进行依赖注入，在实现中删除单例依赖，使用智能指针作为另一个类的初始化列表来创建构造函数，以使用智能指针指向的对象。这样能够促进松耦合，并且能够提高可测试性

• setter注入：也可以提供setter方法，客户端对象为服务端对象提供setter，例如使用普通函数使用智能指针参数，使用指针指向的logger对象

• 依赖注入是一种设计模式，可以提高松耦合、具有很好的可配置性、提高软件系统的可测试性等

2.3 Adapter模式

• Adapter模式：把一个类的接口转换为客户端期望的另一个接口。比如需要使用BoostLog进行日志记录，可以提供一个Logger接口的另一个实现（logger接口本身作为依赖注入），将BoostLog的接口适配到我们要使用的接口

• Adapter可以为不兼容的接口提供广泛的适配和转换的可能性，但是如果接口差异过大，adapter代码的实现可能会非常复杂

2.4 Strategy模式

• 策略模式：以不同的方式做同一件事情，比如借助策略模式使用时根据排序列表的不同属性，动态选择不同的排序算法

策略模式是开放封闭OC原则的体现

• 比如一个抽象类Formatter，三个特定格式化程序（PlainText, XML, JSON）重写Formatter的format纯虚函数

2.5 Command模式

• command模式背后的指导原则是松耦合原则和关注点分离原则

• command模式的一个很好的例子是Client/Server架构体系，Client发送命令给Server，Server接收并执行命令，Server只知道Command接口（比如睡眠接口、输出接口等），不知道任何具体的命令类

• 最好补充UML类图 - to do

2.6 Command处理器模式

• 根据接口隔离原则ISP

2.7 Composite模式

• composite模式：将对象组合成树结构来表示"部分-整体"的层次结构，这个组合允许客户端统一的处理单个对象和对象的组合

• 在composite模式的帮助下，可以把简单的command（叶子）组装成复杂的command序列

2.8 Observer模式

• observer模式：定义对象之间一对多的依赖关系，以便在一个对象更改状态时，自动通知并更新其所有的依赖关系

• 该模式的核心是NotifyAllObservers()成员函数（这个功能的函数）

• 例子：三个视图，饼图、柱状图、表格，变更数据之后，所有视图都update更新结果

2.9 Factory模式

• 与依赖注入不同，如果需要运行时创建对象，可以使用工厂模式

2.10 Facade模式

• facade模式：为子系统定义一个更高级的接口（定义明确且简单的接口），使得子系统更容易使用，任何子系统的访问都必须通过facade完成

2.11 Money Class模式

• 在计算中不能写这样的语句if sum == 3.0，因为浮点数的精度是无法保证的。除了可以用整型来存储数值，文中还提到一种Money Class模式，提供了一个Money类来表示确切的金额，在c++中Money类有不同的实现方式

2.12 特例模式

• 文中建议不要传递0(NULL, nullptr)，当然传递列表并判空好一些，某些情况下可能还不够好，需要返回一个可以查询内部问题的返回值

• 比如设置一个customer类的子类notfoundcustomer，这个类对象可以完成很多事情，进行很多判断，而且它总有一个有效的对象。当然在not found为非预期异常的情况下是需要捕获异常的

3. 常见的设计模式及应用场景

• 编程的习惯用法：只适用于限定的编程语言或特定的技术，如框架

• 比如c++的#pragma once用于预处理阶段只包含一次头文件，还有RAII的习惯用法等

• 网上能搜到大量的C++习惯用法，但是这些用法可能不适合现代的整洁的代码、也可能已经过时

• 文中举了一些例子，如不可变类、模板类匹配、copy-and-swap用法（拷贝赋值运算符调用noexcept的swap实现）、pimpl习惯用法（通过类中定义impl类隐藏实现细节，避免所有该文件的所有文件都重新编译，提高编译时间）等

 

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【参考文章】
[1]. C++代码整洁之道

create by shuaixio, 2025.04.04