代理模式：Proxy
- 动机
“增加一层间接层”是软件系统中对许多复杂问题的一种常见解决方案。在面向对象系统中，直接食用某些对象会带来很多问题，作为间接层的proxy对象便是解决这一问题的常见手段。
2.伪代码：
class ISubject{
public:
virtual void process();
};
//Proxy的设计
class SubjectProxy: public ISubject{
public:
virtual void process(){
//对RealSubject的一种间接访问
//....
}
};
class ClientApp{
ISubject* subject;
public:
ClientApp(){
subject=new SubjectProxy();
}
void DoTask(){
//...
subject->process();
//....
}
};
3.理解：
copy on write就是这个思想。看类图以及代码简单，但是它真正的实现可能会很复杂。
4.类图：
适配器：Adapter
- 动机
需要将一些现存的对象放在新的环境中应用，但是新环境要求的接口是这些现存对象所不能满足的。如何应对这种迁移的变化？如何既能利用现存对象的良好实现，同时又能满足新的应用环境的要求接口？
2.伪代码：
//目标接口（新接口）
class ITarget{
public:
virtual void process()=0;
};
//遗留接口（老接口）
class IAdaptee{
public:
virtual void foo(int data)=0;
virtual int bar()=0;
};
//遗留类型
class OldClass: public IAdaptee{
//....
};
//对象适配器
class Adapter: public ITarget{ //继承
protected:
IAdaptee* pAdaptee;//组合
public:
Adapter(IAdaptee* pAdaptee){
this->pAdaptee=pAdaptee;
}
virtual void process(){
int data=pAdaptee->bar();
pAdaptee->foo(data);
}
};
//类适配器
class Adapter: public ITarget,
protected OldClass{ //多继承
}
int main(){
IAdaptee* pAdaptee=new OldClass();
ITarget* pTarget=new Adapter(pAdaptee);
pTarget->process();
}
class stack{
deqeue container;
};
class queue{
deqeue container;
};
3.类图：
中介者模式：Mediator
- 动机
会出现多个对象互相交互的情况，对象之间通常会维持一种复杂的引用关系，如果遇到一些需求的更改，这种直接的引用关系将会面临不断变化。
2.伪代码：
与facade相同，思想，无代码
3.理解：
Colleague和Mediator两个类之间相互依赖，Colleague之间不相互依赖，但是会通过Mediator间接依赖。把直接依赖关系变为间接依赖关系。facade用于解耦内部与外部之间的关系，中介者相当于解耦facade内部之间的关系。
4.类图：
状态变化
在组件变化构建过程中，某些对象的状态经常面临变化，如何对这些变化进行有效的管理？同时又维持高层模块的稳定？
状态模式：State
- 动机
某些对象的状态如果改变，其行为也会随之改变。如何在运行时根据对象的状态来透明的更改对象的行为？而不会为对象操作和状态转变之间引入紧耦合？
2.伪代码：
class NetworkState{
public:
NetworkState* pNext;
virtual void Operation1()=0;
virtual void Operation2()=0;
virtual void Operation3()=0;
virtual ~NetworkState(){}
};
class OpenState :public NetworkState{
static NetworkState* m_instance;
public:
static NetworkState* getInstance(){
if (m_instance == nullptr) {
m_instance = new OpenState();
}
return m_instance;
}
void Operation1(){
//**********
pNext = CloseState::getInstance();
}
void Operation2(){
//..........
pNext = ConnectState::getInstance();
}
void Operation3(){
//$$$$$$$$$$
pNext = OpenState::getInstance();
}
};
class CloseState:public NetworkState{ }
//...
class NetworkProcessor{
NetworkState* pState;
public:
NetworkProcessor(NetworkState* pState){
this->pState = pState;
}
void Operation1(){
//...
pState->Operation1();
pState = pState->pNext;
//...
}
void Operation2(){
//...
pState->Operation2();
pState = pState->pNext;
//...
}
void Operation3(){
//...
pState->Operation3();
pState = pState->pNext;
//...
}
};
备忘录模式：Memento
- 动机
某些对象的状态在转化过程中，可能有某种需要，要求程序能够回溯到对象之前处于某个点时的状态。如何在不破坏封装性的前提下实现这个任务呢？
2.伪代码：
class Memento
{
string state;
//..
public:
Memento(const string & s) : state(s) {}
string getState() const { return state; }
void setState(const string & s) { state = s; }
};
class Originator
{
string state;
//....
public:
Originator() {}
Memento createMomento() {
Memento m(state);
return m;
}
void setMomento(const Memento & m) {
state = m.getState();
}
};
int main()
{
Originator orginator;
//捕获对象状态，存储到备忘录
Memento mem = orginator.createMomento();
//... 改变orginator状态
//从备忘录中恢复
orginator.setMomento(mem);
}
3.理解：
备忘录就是存储一个类的状态快照，在需要的时候设置为备忘录中的状态。核心是隐藏信息。这个模式有些过时。其实就是对象序列化。
4.类图：
数据结构
一些组件在内部具有特定的数据结构，如果让客户程序依赖于这些特定的数据结构，将破坏组件的复用性。这个时候，将这些数据结构封装在内部，对外提供统一的接口，来实现与特定的数据结构无关的访问。
组合模式：Composite
- 动机
如何将客户代码与复杂的对象容器结构解耦？让对象容器自己实现自身的复杂结构，从而使得客户代码就像处理简单对象一样来处理复杂的对象容器？
2.伪代码：
#include <iostream>
#include <list>
#include <string>
#include <algorithm>
using namespace std;
class Component
{
public:
virtual void process() = 0;
virtual ~Component(){}
};
//树节点
class Composite : public Component{
string name;
list<Component*> elements;
public:
Composite(const string & s) : name(s) {}
void add(Component* element) {
elements.push_back(element);
}
void remove(Component* element){
elements.remove(element);
}
void process(){
//1. process current node
//2. process leaf nodes
for (auto &e : elements)
e->process(); //多态调用
}
};
//叶子节点
class Leaf : public Component{
string name;
public:
Leaf(string s) : name(s) {}
void process(){
//process current node
}
};
void Invoke(Component & c){
//...
c.process();
//...
}
int main()
{
Composite root("root");
Composite treeNode1("treeNode1");
Composite treeNode2("treeNode2");
Composite treeNode3("treeNode3");
Composite treeNode4("treeNode4");
Leaf leaf1("left1");
Leaf leaf2("left2");
root.add(&treeNode1);
treeNode1.add(&treeNode2);
treeNode2.add(&leaf1);
root.add(&treeNode3);
treeNode3.add(&treeNode4);
treeNode4.add(&leaf2);
process(root);
process(leaf2);
process(treeNode3);
}
3.理解：
对象组合成树形结构。和装饰器有点像，不仅has-a，而且is-a。将一对多的关系替换成一对一的关系。
4.类图：
迭代器：Iterator
- 动机
提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露该对象的内部表示。
2.伪代码：
template<typename T>
class Iterator
{
public:
virtual void first() = 0;
virtual void next() = 0;
virtual bool isDone() const = 0;
virtual T& current() = 0;
};
template<typename T>
class MyCollection{
public:
Iterator<T> GetIterator(){
//...
}
};
template<typename T>
class CollectionIterator : public Iterator<T>{
MyCollection<T> mc;
public:
CollectionIterator(const MyCollection<T> & c): mc(c){ }
void first() override {
}
void next() override {
}
bool isDone() const override{
}
T& current() override{
}
};
void MyAlgorithm()
{
MyCollection<int> mc;
Iterator<int> iter= mc.GetIterator();
for (iter.first(); !iter.isDone(); iter.next()){
cout << iter.current() << endl;
}
}
3.理解：
对C++来说，面向对象的迭代器已经过时了。STL中的迭代器是泛型编程思想。运行时绑定是没有编译时绑定效率高的。
4.类图：
职责链模式：Chain Of Responsibility
- 动机
一个请求可能有多个接收者，但是真正的接受者，也就是去处理这个请求的只有一个。这时，请求发送者与接受者的耦合可能出现变化脆弱的情况。
2.伪代码：
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
enum class RequestType
{
REQ_HANDLER1,
REQ_HANDLER2,
REQ_HANDLER3
};
class Reqest
{
string description;
RequestType reqType;
public:
Reqest(const string & desc, RequestType type) : description(desc), reqType(type) {}
RequestType getReqType() const { return reqType; }
const string& getDescription() const { return description; }
};
class ChainHandler{
ChainHandler *nextChain;
void sendReqestToNextHandler(const Reqest & req)
{
if (nextChain != nullptr)
nextChain->handle(req);
}
protected:
virtual bool canHandleRequest(const Reqest & req) = 0;
virtual void processRequest(const Reqest & req) = 0;
public:
ChainHandler() { nextChain = nullptr; }
void setNextChain(ChainHandler *next) { nextChain = next; }
void handle(const Reqest & req)
{
if (canHandleRequest(req))
processRequest(req);
else
sendReqestToNextHandler(req);
}
};
class Handler1 : public ChainHandler{
protected:
bool canHandleRequest(const Reqest & req) override
{
return req.getReqType() == RequestType::REQ_HANDLER1;
}
void processRequest(const Reqest & req) override
{
cout << "Handler1 is handle reqest: " << req.getDescription() << endl;
}
};
class Handler2 : public ChainHandler{
protected:
bool canHandleRequest(const Reqest & req) override
{
return req.getReqType() == RequestType::REQ_HANDLER2;
}
void processRequest(const Reqest & req) override
{
cout << "Handler2 is handle reqest: " << req.getDescription() << endl;
}
};
class Handler3 : public ChainHandler{
protected:
bool canHandleRequest(const Reqest & req) override
{
return req.getReqType() == RequestType::REQ_HANDLER3;
}
void processRequest(const Reqest & req) override
{
cout << "Handler3 is handle reqest: " << req.getDescription() << endl;
}
};
int main(){
Handler1 h1;
Handler2 h2;
Handler3 h3;
h1.setNextChain(&h2);
h2.setNextChain(&h3);
Reqest req("process task ... ", RequestType::REQ_HANDLER3);
h1.handle(req);
return 0;
}
3.理解：
应用的不多。使得多个接收者都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接受者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递请求，直到有一个对象处理请求为止。
4.类图：
行为变化
在组件的构建过程中，组件行为的变化经常导致组件本身的剧烈变化。下面的模式将组件本身和组件的行为进行解耦
命令模式：Command
- 动机
如何将行为请求者和行为实现者解耦？
2.伪代码：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;
class Command
{
public:
virtual void execute() = 0;
};
class ConcreteCommand1 : public Command
{
string arg;
public:
ConcreteCommand1(const string & a) : arg(a) {}
void execute() override
{
cout<< "#1 process..."<<arg<<endl;
}
};
class ConcreteCommand2 : public Command
{
string arg;
public:
ConcreteCommand2(const string & a) : arg(a) {}
void execute() override
{
cout<< "#2 process..."<<arg<<endl;
}
};
class MacroCommand : public Command
{
vector<Command*> commands;
public:
void addCommand(Command *c) { commands.push_back(c); }
void execute() override
{
for (auto &c : commands)
{
c->execute();
}
}
};
int main()
{
ConcreteCommand1 command1(receiver, "Arg ###");
ConcreteCommand2 command2(receiver, "Arg $$$");
MacroCommand macro;
macro.addCommand(&command1);
macro.addCommand(&command2);
macro.execute();
}
3.理解：
有点和仿函数思想类似。将一个请求封装成一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化。
4.类图：
访问器模式：Visitor
- 动机
在软件构件的过程中，由于需求的改变，某些类层次结构中常常需要增加新的行为，如果直接在基类中作出修改，将会给子类带来繁重的变更负担，甚至破坏原有设计。
2.伪代码：
#include <iostream>
using namespace std;
class Visitor;
class Element
{
public:
virtual void accept(Visitor& visitor) = 0; //第一次多态辨析
virtual ~Element(){}
};
class ElementA : public Element
{
public:
void accept(Visitor &visitor) override {
visitor.visitElementA(*this);
}
};
class ElementB : public Element
{
public:
void accept(Visitor &visitor) override {
visitor.visitElementB(*this); //第二次多态辨析
}
};
class Visitor{
public:
virtual void visitElementA(ElementA& element) = 0;
virtual void visitElementB(ElementB& element) = 0;
virtual ~Visitor(){}
};
//==================================
//扩展1
class Visitor1 : public Visitor{
public:
void visitElementA(ElementA& element) override{
cout << "Visitor1 is processing ElementA" << endl;
}
void visitElementB(ElementB& element) override{
cout << "Visitor1 is processing ElementB" << endl;
}
};
//扩展2
class Visitor2 : public Visitor{
public:
void visitElementA(ElementA& element) override{
cout << "Visitor2 is processing ElementA" << endl;
}
void visitElementB(ElementB& element) override{
cout << "Visitor2 is processing ElementB" << endl;
}
};
int main()
{
Visitor2 visitor;
ElementB elementB;
elementB.accept(visitor);// double dispatch
ElementA elementA;
elementA.accept(visitor);
return 0;
}
3.理解：
Visitor中要求具体的Element稳定，这个条件通常很难保证，这是这个模式的重大缺点。accept方法表示接受一个visitor，这个visitor能够为该类增添新的方法。一般不用，因为前提条件很苛刻。
Visitor通过双重分发来实现不更改Element层次结构的前提下，在运行时透明的为类层次结构上的各个类添加新的操作。
适用于：Element类层次结构稳定，而其中的操作确实频繁改动的。（设计思想：有动的，有不动的）
4.类图：
领域规则
某些领域，变化虽然频繁，但是可以抽象为某种规则。要给出该领域下的对于变化的一般性解决方案。
解析器模式：Interpreter
- 动机
如果特定领域的某一问题比较复杂，类似的结构不断出现，如果使用普通的编程方式来实现将会面临非常频繁的变化。在这种情况下，将特定领域的问题表达为某种语法规则下的句子，然后构建一个解释器来解释这样的句子，从而达到解决问题的目的。
2.伪代码：
#include <iostream>
#include <map>
#include <stack>
using namespace std;
class Expression {
public:
virtual int interpreter(map<char, int> var)=0;
virtual ~Expression(){}
};
//变量表达式
class VarExpression: public Expression {
char key;
public:
VarExpression(const char& key)
{
this->key = key;
}
int interpreter(map<char, int> var) override {
return var[key];
}
};
//符号表达式
class SymbolExpression : public Expression {
// 运算符左右两个参数
protected:
Expression* left;
Expression* right;
public:
SymbolExpression( Expression* left, Expression* right):
left(left),right(right){
}
};
//加法运算
class AddExpression : public SymbolExpression {
public:
AddExpression(Expression* left, Expression* right):
SymbolExpression(left,right){
}
int interpreter(map<char, int> var) override {
return left->interpreter(var) + right->interpreter(var);
}
};
//减法运算
class SubExpression : public SymbolExpression {
public:
SubExpression(Expression* left, Expression* right):
SymbolExpression(left,right){
}
int interpreter(map<char, int> var) override {
return left->interpreter(var) - right->interpreter(var);
}
};
Expression* analyse(string expStr) {
stack<Expression*> expStack;
Expression* left = nullptr;
Expression* right = nullptr;
for(int i=0; i<expStr.size(); i++)
{
switch(expStr[i])
{
case '+':
// 加法运算
left = expStack.top();
right = new VarExpression(expStr[++i]);
expStack.push(new AddExpression(left, right));
break;
case '-':
// 减法运算
left = expStack.top();
right = new VarExpression(expStr[++i]);
expStack.push(new SubExpression(left, right));
break;
default:
// 变量表达式
expStack.push(new VarExpression(expStr[i]));
}
}
Expression* expression = expStack.top();
return expression;
}
void release(Expression* expression){
//释放表达式树的节点内存...
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
string expStr = "a+b-c+d-e";
map<char, int> var;
var.insert(make_pair('a',5));
var.insert(make_pair('b',2));
var.insert(make_pair('c',1));
var.insert(make_pair('d',6));
var.insert(make_pair('e',10));
Expression* expression= analyse(expStr);
int result=expression->interpreter(var);
cout<<result<<endl;
release(expression);
return 0;
}
