c++设计模式详解_结构型设计模式
结构型设计模式：
一、单例模式：
定义：保证一个类只有一个实例，并提供一个该实例的全局访问接口。
代码举例：
- 版本一
缺点：线程不安全
class Singleton
{
public:
static Singleton *GetInstance()
{
if (_instance == nullptr){
_instance = new Singleton();
atexit(Destructor); // atexit 是线程安全的
}
return _instance;
}
private:
static void Destructor()
{
if (nullptr != _instance){
delete _instance;
_instance = nullptr;
}
}
Singleton(){}; //构造
~Singleton(){};
Singleton(const Singleton &) = delete; //拷⻉构造
Singleton &operator=(const Singleton &) = delete; //拷贝赋值构造
Singleton(Singleton &&) = delete; //移动构造
Singleton &operator=(Singleton &&) = delete; //移动拷贝构造
static Singleton *_instance;
};
Singleton *Singleton::_instance = nullptr; //静态成员需要初始化
- 版本二
说明：线程安全 懒汉模式
#include lock(_mutex); // 3.1 切换线程
if (_instance == nullptr)
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(_mutex); // 3.2
if (_instance == nullptr)
{
_instance = new Singleton();
// 1. 分配内存 2. 调用构造函数 3. 返回指针
// 问题：多线程环境下，会出现CPU指令重排，比如：132 这样如果在没调用构造函数，就返回了指针，操作该指针会报错
atexit(Destructor);
}
}
return _instance;
}
private:
static void Destructor()
{
if (nullptr != _instance){
delete _instance;
_instance = nullptr;
}
}
Singleton(){}; //构造
~Singleton(){};
Singleton(const Singleton &) = delete; //拷⻉构造
Singleton &operator=(const Singleton &) = delete; //拷贝赋值构造
Singleton(Singleton &&) = delete; //移动构造
Singleton &operator=(Singleton &&) = delete; //移动拷贝构造
static Singleton *_instance;
static std::mutex _mutex;
};
- 版本三
说明：解决多线程情况下，cpu指令重排问题。
同步原语
分为：原子变量和内存栅栏。其中，原子变量负责解决原子行和可见性，内存栅栏负责解决执行序问题。
load 就是可以看见其他线程最新操作的数据。
store 就是让别的线程可以看到自己线程的修改。
static std::atomic<Singleton *> _instance; //原子变量需要添加头文件 #include 内存模型
memory_order_acquire 和 memory_order_release之间的代码，不会被优化到他们之外的部分。
memory_order_relaxed 优点：内存模型使用relaxed进行优化，速度快
#include - 版本四 （最简单的写法）
返回类的局部静态变量的引用。c++11静态局部变量初始化，线程安全
class Singleton
{
public:
static Singleton &GetInstance(){
static Singleton instance;
return instance;
}
private:
Singleton(){}; //构造
~Singleton(){};
Singleton(const Singleton &) = delete; //拷⻉构造
Singleton &operator=(const Singleton &) = delete; //拷贝赋值构造
Singleton(Singleton &&) = delete; //移动构造
Singleton &operator=(Singleton &&) = delete; //移动拷贝构造
};
- 版本五
具有版本四的所有优点：
a）利用局部静态变量特性，延迟加载；
b）利用局部静态变量特性，系统自动挥手内存，自动调用析构函数；
c）静态局部变量初始化时，没有new操作带来的cpu指令重排问题；
d）c++11静态局部变量初始化，线程安全
为了让基类的Singleton访问到子类DesignPattern的私有构造函数，所以，需要在子类中声明基类为友元类。友元函数可以访问该类的私有成员和属性。
template <typename T>
class Singleton
{
public:
static T &GetInstance(){
static T instance; // 这⾥要初始化DesignPattern，需要调⽤DesignPattern 构造函数，同时会调⽤⽗类的构造函数。
return instance;
}
protected:
virtual ~Singleton() {}
Singleton() {} // protected修饰构造函数，才能让别⼈继承
private:
Singleton(const Singleton &) = delete; //拷⻉构造
Singleton &operator=(const Singleton &) = delete; //拷贝赋值构造
Singleton(Singleton &&) = delete; //移动构造
Singleton &operator=(Singleton &&) = delete; //移动拷贝构造
};
// 子类DesignPattern 继承父类 Singleton 访问到 DesignPattern构造函数
private :
DesignPattern() {}
~DesignPattern() {}
};
二、工厂方法
实现代码举例：
#include 三、抽象工厂方法
代码实现举例
#include 四、责任链
接收者形成一个链条，发送者发送的请求，从第一个开始，往后顺延，直到被处理为止，处理完后面就不会再处理了。简单理解：一个一个传递，有打断功能。
场景：请假流程，1天内需要直系领导审批；3天内需要经理审批，3天以上需要董事长审批。
核心点：我能处理我处理，处理不了往下传。
代码实现举例：
#include 五、装饰器模式
定义
动态地给一个对象增加一些额外的职责。比生产子类更加灵活。
什么时候使用
不影响其他对象的情况下，以动态、透明的方式给对象添加职责；每个职责都是完全独立的功能，彼此之间没有依赖
代码实现举例
#include 组合模式
定义
将对象组合成树型结构以表示“部分-整体”的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。
什么时候使用
- 如果你想表示对象的部分-整体层次结构，可以选用组合模式，把整体和部分的操作统一起来。
- 如果你希望统一地使用组合结构中的所有对象，可以选用组合模式，这正是组合模式提供的主要功能；
代码实现举例
class IComponent
{
public:
IComponent(/* args */);
~IComponent();
virtual void Execute() = 0;
virtual void AddChild(IComponent *ele) {}
virtual void RemoveChild(IComponent *ele) {}
};
class Leaf : public IComponent
{
public:
virtual void Execute() {
cout << "leaf exxcute" << endl;
}
};
class Composite : public IComponent
{
private:
std::list<IComponent*> _list;
public:
virtual void AddChild(IComponent *ele) {
// ...
}
virtual void RemoveChild(IComponent *ele) {
// ...
}
virtual void Execute() {
for (auto iter = _list.begin(); iter != _list.end(); iter++) {
iter->Execute();
}
}
};
文章参考与<零声教育>的C/C++linux服务期高级架构。