軟件領(lǐng)域中的設(shè)計(jì)模式為開發(fā)人員提供了一種使用專家設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的有效途徑。設(shè)計(jì)模式中運(yùn)用了面向?qū)ο?a href="http://www.xsypw.cn/v/tag/1315/" target="_blank">編程語言的重要特性：封裝、繼承、多態(tài)，真正領(lǐng)悟設(shè)計(jì)模式的精髓是可能一個(gè)漫長的過程，需要大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累。最近看設(shè)計(jì)模式的書，對(duì)于每個(gè)模式，用C++寫了個(gè)小例子，加深一下理解。

一、設(shè)計(jì)模式的分類

總體來說設(shè)計(jì)模式分為三大類

創(chuàng)建型模式，共五種：工廠方法模式、抽象工廠模式、單例模式、建造者模式、原型模式。

結(jié)構(gòu)型模式，共七種：適配器模式、裝飾器模式、代理模式、外觀模式、橋接模式、組合模式、享元模式。

行為型模式，共十一種：策略模式、模板方法模式、觀察者模式、迭代子模式、責(zé)任鏈模式、命令模式、備忘錄模式、狀態(tài)模式、訪問者模式、中介者模式、解釋器模式。

其實(shí)還有兩類：并發(fā)型模式和線程池模式。

二、設(shè)計(jì)模式的六大原則

總原則：開閉原則（Open Close Principle）

開閉原則就是說對(duì)擴(kuò)展開放，對(duì)修改關(guān)閉。在程序需要進(jìn)行拓展的時(shí)候，不能去修改原有的代碼，而是要擴(kuò)展原有代碼，實(shí)現(xiàn)一個(gè)熱插拔的效果。所以一句話概括就是：為了使程序的擴(kuò)展性好，易于維護(hù)和升級(jí)。想要達(dá)到這樣的效果，我們需要使用接口和抽象類等，后面的具體設(shè)計(jì)中我們會(huì)提到這點(diǎn)。

1、單一職責(zé)原則

不要存在多于一個(gè)導(dǎo)致類變更的原因，也就是說每個(gè)類應(yīng)該實(shí)現(xiàn)單一的職責(zé)，如若不然，就應(yīng)該把類拆分。

2、里氏替換原則（Liskov Substitution Principle）

里氏代換原則(Liskov Substitution Principle LSP)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的基本原則之一。里氏代換原則中說，任何基類可以出現(xiàn)的地方，子類一定可以出現(xiàn)。LSP是繼承復(fù)用的基石，只有當(dāng)衍生類可以替換掉基類，軟件單位的功能不受到影響時(shí)，基類才能真正被復(fù)用，而衍生類也能夠在基類的基礎(chǔ)上增加新的行為。里氏代換原則是對(duì)“開-閉”原則的補(bǔ)充。實(shí)現(xiàn)“開-閉”原則的關(guān)鍵步驟就是抽象化。而基類與子類的繼承關(guān)系就是抽象化的具體實(shí)現(xiàn)，所以里氏代換原則是對(duì)實(shí)現(xiàn)抽象化的具體步驟的規(guī)范。

歷史替換原則中，子類對(duì)父類的方法盡量不要重寫和重載。因?yàn)楦割惔砹硕x好的結(jié)構(gòu)，通過這個(gè)規(guī)范的接口與外界交互，子類不應(yīng)該隨便破壞它。

3、依賴倒轉(zhuǎn)原則（Dependence Inversion Principle）

這個(gè)是開閉原則的基礎(chǔ)，具體內(nèi)容：面向接口編程，依賴于抽象而不依賴于具體。寫代碼時(shí)用到具體類時(shí)，不與具體類交互，而與具體類的上層接口交互。

4、接口隔離原則（Interface Segregation Principle）

這個(gè)原則的意思是：每個(gè)接口中不存在子類用不到卻必須實(shí)現(xiàn)的方法，如果不然，就要將接口拆分。使用多個(gè)隔離的接口，比使用單個(gè)接口（多個(gè)接口方法集合到一個(gè)的接口）要好。

5、迪米特法則（最少知道原則）（Demeter Principle）

就是說：一個(gè)類對(duì)自己依賴的類知道的越少越好。也就是說無論被依賴的類多么復(fù)雜，都應(yīng)該將邏輯封裝在方法的內(nèi)部，通過public方法提供給外部。這樣當(dāng)被依賴的類變化時(shí)，才能最小的影響該類。

最少知道原則的另一個(gè)表達(dá)方式是：只與直接的朋友通信。類之間只要有耦合關(guān)系，就叫朋友關(guān)系。耦合分為依賴、關(guān)聯(lián)、聚合、組合等。我們稱出現(xiàn)為成員變量、方法參數(shù)、方法返回值中的類為直接朋友。局部變量、臨時(shí)變量則不是直接的朋友。我們要求陌生的類不要作為局部變量出現(xiàn)在類中。

6、合成復(fù)用原則（Composite Reuse Principle）

原則是盡量首先使用合成/聚合的方式，而不是使用繼承。

1.工廠模式

工廠模式屬于創(chuàng)建型模式，大致可以分為三類，簡單工廠模式、工廠方法模式、抽象工廠模式。聽上去差不多，都是工廠模式。下面一個(gè)個(gè)介紹，首先介紹簡單工廠模式，它的主要特點(diǎn)是需要在工廠類中做判斷，從而創(chuàng)造相應(yīng)的產(chǎn)品。當(dāng)增加新的產(chǎn)品時(shí)，就需要修改工廠類。有點(diǎn)抽象，舉個(gè)例子就明白了。有一家生產(chǎn)處理器核的廠家，它只有一個(gè)工廠，能夠生產(chǎn)兩種型號(hào)的處理器核。客戶需要什么樣的處理器核，一定要顯示地告訴生產(chǎn)工廠。下面給出一種實(shí)現(xiàn)方案。

enum CTYPE {COREA, COREB};     
class SingleCore    
{    
public:    
    virtual void Show() = 0;  
};    
//單核A    
class SingleCoreA: public SingleCore    
{    
public:    
    void Show() { cout< "SingleCore A"<

這樣設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)之前也提到過，就是要增加新的核類型時(shí)，就需要修改工廠類。這就違反了開放封閉原則：軟件實(shí)體（類、模塊、函數(shù)）可以擴(kuò)展，但是不可修改。于是，工廠方法模式出現(xiàn)了。所謂工廠方法模式，是指定義一個(gè)用于創(chuàng)建對(duì)象的接口，讓子類決定實(shí)例化哪一個(gè)類。Factory Method使一個(gè)類的實(shí)例化延遲到其子類。

聽起來很抽象，還是以剛才的例子解釋。這家生產(chǎn)處理器核的產(chǎn)家賺了不少錢，于是決定再開設(shè)一個(gè)工廠專門用來生產(chǎn)B型號(hào)的單核，而原來的工廠專門用來生產(chǎn)A型號(hào)的單核。這時(shí)，客戶要做的是找好工廠，比如要A型號(hào)的核，就找A工廠要；否則找B工廠要，不再需要告訴工廠具體要什么型號(hào)的處理器核了。下面給出一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案。

class SingleCore    
{    
public:    
    virtual void Show() = 0;  
};    
//單核A    
class SingleCoreA: public SingleCore    
{    
public:    
    void Show() { cout< "SingleCore A"<

工廠方法模式也有缺點(diǎn)，每增加一種產(chǎn)品，就需要增加一個(gè)對(duì)象的工廠。如果這家公司發(fā)展迅速，推出了很多新的處理器核，那么就要開設(shè)相應(yīng)的新工廠。在C++實(shí)現(xiàn)中，就是要定義一個(gè)個(gè)的工廠類。顯然，相比簡單工廠模式，工廠方法模式需要更多的類定義。

既然有了簡單工廠模式和工廠方法模式，為什么還要有抽象工廠模式呢？它到底有什么作用呢？還是舉這個(gè)例子，這家公司的技術(shù)不斷進(jìn)步，不僅可以生產(chǎn)單核處理器，也能生產(chǎn)多核處理器。現(xiàn)在簡單工廠模式和工廠方法模式都鞭長莫及。抽象工廠模式登場(chǎng)了。它的定義為提供一個(gè)創(chuàng)建一系列相關(guān)或相互依賴對(duì)象的接口，而無需指定它們具體的類。具體這樣應(yīng)用，這家公司還是開設(shè)兩個(gè)工廠，一個(gè)專門用來生產(chǎn)A型號(hào)的單核多核處理器，而另一個(gè)工廠專門用來生產(chǎn)B型號(hào)的單核多核處理器，下面給出實(shí)現(xiàn)的代碼。

//單核    
class SingleCore     
{    
public:    
    virtual void Show() = 0;  
};    
class SingleCoreA: public SingleCore      
{    
public:    
    void Show() { cout< "Single Core A"<

至此，工廠模式介紹完了。給出三種工廠模式的UML圖，加深印象。

簡單工廠模式的UML圖：

工廠方法的UML圖：

抽象工廠模式的UML圖：

2.策略模式

策略模式是指定義一系列的算法，把它們一個(gè)個(gè)封裝起來，并且使它們可相互替換。本模式使得算法可獨(dú)立于使用它的客戶而變化。也就是說這些算法所完成的功能一樣，對(duì)外的接口一樣，只是各自實(shí)現(xiàn)上存在差異。用策略模式來封裝算法，效果比較好。下面以高速緩存（Cache）的替換算法為例，實(shí)現(xiàn)策略模式。

什么是Cache的替換算法呢？簡單解釋一下， 當(dāng)發(fā)生Cache缺失時(shí)，Cache控制器必須選擇Cache中的一行，并用欲獲得的數(shù)據(jù)來替換它。所采用的選擇策略就是Cache的替換算法。下面給出相應(yīng)的UML圖。

ReplaceAlgorithm是一個(gè)抽象類，定義了算法的接口，有三個(gè)類繼承自這個(gè)抽象類，也就是具體的算法實(shí)現(xiàn)。Cache類中需要使用替換算法，因此維護(hù)了一個(gè) ReplaceAlgorithm的對(duì)象。這個(gè)UML圖的結(jié)構(gòu)就是策略模式的典型結(jié)構(gòu)。下面根據(jù)UML圖，給出相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。

首先給出替換算法的定義。

//抽象接口  
class ReplaceAlgorithm  
{  
public:  
    virtual void Replace() = 0;  
};  
//三種具體的替換算法  
class LRU_ReplaceAlgorithm : public ReplaceAlgorithm  
{  
public:  
    void Replace() { cout< "Least Recently Used replace algorithm"<

接著給出Cache的定義，這里很關(guān)鍵，Cache的實(shí)現(xiàn)方式直接影響了客戶的使用方式，其關(guān)鍵在于如何指定替換算法。

方式一：直接通過參數(shù)指定，傳入一個(gè)特定算法的指針。

//Cache需要用到替換算法  
class Cache  
{  
private:  
    ReplaceAlgorithm *m_ra;  
public:  
    Cache(ReplaceAlgorithm *ra) { m_ra = ra; }  
    ~Cache() { delete m_ra; }  
    void Replace() { m_ra- >Replace(); }  
};

如果用這種方式，客戶就需要知道這些算法的具體定義。只能以下面這種方式使用，可以看到暴露了太多的細(xì)節(jié)。

int main()  
{  
    Cache cache(new LRU_ReplaceAlgorithm()); //暴露了算法的定義  
    cache.Replace();  
    return 0;  
}

方式二：也是直接通過參數(shù)指定，只不過不是傳入指針，而是一個(gè)標(biāo)簽。這樣客戶只要知道算法的相應(yīng)標(biāo)簽即可，而不需要知道算法的具體定義。

//Cache需要用到替換算法  
enum RA {LRU, FIFO, RANDOM}; //標(biāo)簽  
class Cache  
{  
private:  
    ReplaceAlgorithm *m_ra;  
public:  
    Cache(enum RA ra)   
    {   
        if(ra == LRU)  
            m_ra = new LRU_ReplaceAlgorithm();  
        else if(ra == FIFO)  
            m_ra = new FIFO_ReplaceAlgorithm();  
        else if(ra == RANDOM)  
            m_ra = new Random_ReplaceAlgorithm();  
        else   
            m_ra = NULL;  
    }  
    ~Cache() { delete m_ra; }  
    void Replace() { m_ra- >Replace(); }  
};

相比方式一，這種方式用起來方便多了。其實(shí)這種方式將簡單工廠模式與策略模式結(jié)合在一起，算法的定義使用了策略模式，而Cache的定義其實(shí)使用了簡單工廠模式。

int main()  
{  
    Cache cache(LRU); //指定標(biāo)簽即可  
    cache.Replace();  
    return 0;  
}

上面兩種方式，構(gòu)造函數(shù)都需要形參。構(gòu)造函數(shù)是否可以不用參數(shù)呢？下面給出第三種實(shí)現(xiàn)方式。

方式三：利用模板實(shí)現(xiàn)。算法通過模板的實(shí)參指定。當(dāng)然了，還是使用了參數(shù)，只不過不是構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)。在策略模式中，參數(shù)的傳遞難以避免，客戶必須指定某種算法。

//Cache需要用到替換算法  
template < class RA >  
class Cache  
{  
private:  
    RA m_ra;  
public:  
    Cache() { }  
    ~Cache() { }  
    void Replace() { m_ra.Replace(); }  
};

使用方式如下：

int main()  
{  
    Cache< Random_ReplaceAlgorithm > cache; //模板實(shí)參  
    cache.Replace();  
    return 0;  
}

3.適配器模式

DP上的定義：適配器模式將一個(gè)類的接口轉(zhuǎn)換成客戶希望的另外一個(gè)接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些類可以一起工作。它包括類適配器和對(duì)象適配器，本文針對(duì)的是對(duì)象適配器。舉個(gè)例子，在STL中就用到了適配器模式。STL實(shí)現(xiàn)了一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為雙端隊(duì)列（deque），支持前后兩段的插入與刪除。STL實(shí)現(xiàn)棧和隊(duì)列時(shí)，沒有從頭開始定義它們，而是直接使用雙端隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的。這里雙端隊(duì)列就扮演了適配器的角色。隊(duì)列用到了它的后端插入，前端刪除。而棧用到了它的后端插入，后端刪除。假設(shè)棧和隊(duì)列都是一種順序容器，有兩種操作：壓入和彈出。下面給出相應(yīng)的UML圖，與DP上的圖差不多。

根據(jù)上面的UML圖，很容易給出實(shí)現(xiàn)。

//雙端隊(duì)列  
class Deque  
{  
public:  
    void push_back(int x) { cout< "Deque push_back"<

使用方式如下：

int main()  
{  
    Sequence *s1 = new Stack();  
    Sequence *s2 = new Queue();  
    s1- >push(1); s1- >pop();  
    s2- >push(1); s2- >pop();  
    delete s1; delete s2;  
    return 0;  
}

4.單例模式

單例的一般實(shí)現(xiàn)比較簡單，下面是代碼和UML圖。由于構(gòu)造函數(shù)是私有的，因此無法通過構(gòu)造函數(shù)實(shí)例化，唯一的方法就是通過調(diào)用靜態(tài)函數(shù)GetInstance。

UML圖：

代碼：

//Singleton.h  
class Singleton    
{  
public:  
    static Singleton* GetInstance();  
private:  
    Singleton() {}  
    static Singleton *singleton;  
};  
//Singleton.cpp  
Singleton* Singleton::singleton = NULL;  
Singleton* Singleton::GetInstance()  
{  
    if(singleton == NULL)  
        singleton = new Singleton();  
    return singleton;  
}

這里只有一個(gè)類，如何實(shí)現(xiàn)Singleton類的子類呢？也就說Singleton有很多子類，在一種應(yīng)用中，只選擇其中的一個(gè)。最容易就是在GetInstance函數(shù)中做判斷，比如可以傳遞一個(gè)字符串，根據(jù)字符串的內(nèi)容創(chuàng)建相應(yīng)的子類實(shí)例。這也是DP書上的一種解法，書上給的代碼不全。這里重新實(shí)現(xiàn)了一下，發(fā)現(xiàn)不是想象中的那么簡單，最后實(shí)現(xiàn)的版本看上去很怪異。在VS2008下測(cè)試通過。

//Singleton.h  
#pragma once  
#include < iostream >  
using namespace std;  

class Singleton    
{  
public:  
    static Singleton* GetInstance(const char* name);  
    virtual void Show() {}  
protected: //必須為保護(hù)，如果是私有屬性，子類無法訪問父類的構(gòu)造函數(shù)  
    Singleton() {}  
private:  
    static Singleton *singleton; //唯一實(shí)例的指針  
};  

//Singleton.cpp  
#include "Singleton.h"  
#include "SingletonA.h"  
#include "SingletonB.h"  
Singleton* Singleton::singleton = NULL;  
Singleton* Singleton::GetInstance(const char* name)  
{  
    if(singleton == NULL)  
    {  
        if(strcmp(name, "SingletonA") == 0)  
            singleton = new SingletonA();  
        else if(strcmp(name,"SingletonB") == 0)  
            singleton = new SingletonB();  
        else   
            singleton = new Singleton();  
    }  
    return singleton;  
}

//SingletonA.h  
#pragma once  
#include "Singleton.h"  
class SingletonA: public Singleton  
{  
    friend class Singleton; //必須為友元類，否則父類無法訪問子類的構(gòu)造函數(shù)  
public:  
    void Show() { cout< "SingletonA"<

#include "Singleton.h"  
int main()  
{  
    Singleton *st = Singleton::GetInstance("SingletonA");  
    st- >Show();  
    return 0;  
}

上面代碼有一個(gè)地方很詭異，父類為子類的友元，如果不是友元，函數(shù)GetInstance會(huì)報(bào)錯(cuò)，意思就是無法調(diào)用SingletonA和SIngletonB的構(gòu)造函數(shù)。父類中調(diào)用子類的構(gòu)造函數(shù)，我還是第一次碰到。當(dāng)然了把SingletonA和SIngletonB的屬性設(shè)為public，GetInstance函數(shù)就不會(huì)報(bào)錯(cuò)了，但是這樣外界就可以定義這些類的對(duì)象，違反了單例模式。

看似奇怪，其實(shí)也容易解釋。在父類中構(gòu)建子類的對(duì)象，相當(dāng)于是外界調(diào)用子類的構(gòu)造函數(shù)，因此當(dāng)子類構(gòu)造函數(shù)的屬性為私有或保護(hù)時(shí)，父類無法訪問。為共有時(shí)，外界就可以訪問子類的構(gòu)造函數(shù)了，此時(shí)父類當(dāng)然也能訪問了。只不過為了保證單例模式，所以子類的構(gòu)造函數(shù)不能為共有，但是又希望在父類中構(gòu)造子類的對(duì)象，即需要調(diào)用子類的構(gòu)造函數(shù)，這里沒有辦法才出此下策：將父類聲明為子類的友元類。

5.原型模式、模板方法模式

DP書上的定義為：用原型實(shí)例指定創(chuàng)建對(duì)象的種類，并且通過拷貝這些原型創(chuàng)建新的對(duì)象。其中有一個(gè)詞很重要，那就是拷貝。可以說，拷貝是原型模式的精髓所在。舉個(gè)現(xiàn)實(shí)中的例子來介紹原型模式。找工作的時(shí)候，我們需要準(zhǔn)備簡歷。假設(shè)沒有打印設(shè)備，因此需手寫簡歷，這些簡歷的內(nèi)容都是一樣的。這樣有個(gè)缺陷，如果要修改簡歷中的某項(xiàng)，那么所有已寫好的簡歷都要修改，工作量很大。隨著科技的進(jìn)步，出現(xiàn)了打印設(shè)備。我們只需手寫一份，然后利用打印設(shè)備復(fù)印多份即可。如果要修改簡歷中的某項(xiàng)，那么修改原始的版本就可以了，然后再復(fù)印。原始的那份手寫稿相當(dāng)于是一個(gè)原型，有了它，就可以通過復(fù)印（拷貝）創(chuàng)造出更多的新簡歷。這就是原型模式的基本思想。下面給出原型模式的UML圖，以剛才那個(gè)例子為實(shí)例。

原型模式實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵就是實(shí)現(xiàn)Clone函數(shù)，對(duì)于C++來說，其實(shí)就是拷貝構(gòu)造函數(shù)，需實(shí)現(xiàn)深拷貝，下面給出一種實(shí)現(xiàn)。

//父類  
class Resume  
{  
protected:  
    char *name;  
public:  
    Resume() {}  
    virtual ~Resume() {}  
    virtual Resume* Clone() { return NULL; }  
    virtual void Set(char *n) {}  
    virtual void Show() {}  
};

class ResumeA : public Resume  
{  
public:  
    ResumeA(const char *str);  //構(gòu)造函數(shù)  
    ResumeA(const ResumeA &r); //拷貝構(gòu)造函數(shù)  
    ~ResumeA();                //析構(gòu)函數(shù)  
    ResumeA* Clone();          //克隆，關(guān)鍵所在  
    void Show();               //顯示內(nèi)容  
};  
ResumeA::ResumeA(const char *str)   
{  
    if(str == NULL) {  
        name = new char[1];   
        name[0] = '?';   
    }  
    else {  
        name = new char[strlen(str)+1];  
        strcpy(name, str);  
    }  
}  
ResumeA::~ResumeA() { delete [] name;}  
ResumeA::ResumeA(const ResumeA &r) {  
    name = new char[strlen(r.name)+1];  
    strcpy(name, r.name);  
}  
ResumeA* ResumeA::Clone() {  
    return new ResumeA(*this);  
}  
void ResumeA::Show() {  
    cout< "ResumeA name : "<

這里只給出了ResumeA的實(shí)現(xiàn)，ResumeB的實(shí)現(xiàn)類似。使用的方式如下：

int main()  
{  
    Resume *r1 = new ResumeA("A");  
    Resume *r2 = new ResumeB("B");  
    Resume *r3 = r1- >Clone();  
    Resume *r4 = r2- >Clone();  
    r1- >Show(); r2- >Show();  
    //刪除r1,r2  
    delete r1; delete r2;     
    r1 = r2 = NULL;  
    //深拷貝所以對(duì)r3,r4無影響  
    r3- >Show(); r4- >Show();  
    delete r3; delete r4;  
    r3 = r4 = NULL;  
}

最近有個(gè)招聘會(huì)，可以帶上簡歷去應(yīng)聘了。但是，其中有一家公司不接受簡歷，而是給應(yīng)聘者發(fā)了一張簡歷表，上面有基本信息、教育背景、工作經(jīng)歷等欄，讓應(yīng)聘者按照要求填寫完整。每個(gè)人拿到這份表格后，就開始填寫。如果用程序?qū)崿F(xiàn)這個(gè)過程，該如何做呢？一種方案就是用模板方法模式：定義一個(gè)操作中的算法的骨架，而將一些步驟延遲到子類中。模板方法使得子類可以不改變一個(gè)算法的結(jié)構(gòu)即可重定義該算法的某些特定步驟。我們的例子中，操作就是填寫簡歷這一過程，我們可以在父類中定義操作的算法骨架，而具體的實(shí)現(xiàn)由子類完成。下面給出它的UML圖。

其中FillResume() 定義了操作的骨架，依次調(diào)用子類實(shí)現(xiàn)的函數(shù)。相當(dāng)于每個(gè)人填寫簡歷的實(shí)際過程。接著給出相應(yīng)的C++代碼。

//簡歷  
class Resume  
{  
protected: //保護(hù)成員  
    virtual void SetPersonalInfo() {}  
    virtual void SetEducation() {}  
    virtual void SetWorkExp() {}  
public:  
    void FillResume()   
{  
        SetPersonalInfo();  
        SetEducation();  
        SetWorkExp();  
    }  
};  
class ResumeA: public Resume  
{  
protected:  
    void SetPersonalInfo() { cout< "A's PersonalInfo"<

使用方式如下：

int main()  
{  
    Resume *r1;  
    r1 = new ResumeA();  
    r1- >FillResume();  
    delete r1;  
    r1 = new ResumeB();  
    r1- >FillResume();  
    delete r1;  
    r1 = NULL;  
    return 0;  
}

6.建造者模式

建造者模式的定義將一個(gè)復(fù)雜對(duì)象的構(gòu)建與它的表示分離，使得同樣的構(gòu)建過程可以創(chuàng)建不同的表示（DP）。《大話設(shè)計(jì)模式》舉了一個(gè)很好的例子——建造小人，一共需建造6個(gè)部分，頭部、身體、左右手、左右腳。與工廠模式不同，建造者模式是在導(dǎo)向者的控制下一步一步構(gòu)造產(chǎn)品的。建造小人就是在控制下一步步構(gòu)造出來的。創(chuàng)建者模式可以能更精細(xì)的控制構(gòu)建過程，從而能更精細(xì)的控制所得產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。下面給出建造者模式的UML圖，以建造小人為實(shí)例。

對(duì)于客戶來說，只需知道導(dǎo)向者就可以了，通過導(dǎo)向者，客戶就能構(gòu)造復(fù)雜的對(duì)象，而不需要知道具體的構(gòu)造過程。下面給出小人例子的代碼實(shí)現(xiàn)。

class Builder    
{  
public:  
    virtual void BuildHead() {}  
    virtual void BuildBody() {}  
    virtual void BuildLeftArm(){}  
    virtual void BuildRightArm() {}  
    virtual void BuildLeftLeg() {}  
    virtual void BuildRightLeg() {}  
};  
//構(gòu)造瘦人  
class ThinBuilder : public Builder  
{  
public:  
    void BuildHead() { cout< "build thin body"<

客戶的使用方式：

int main()  int main()  
{  
    FatBuilder thin;  
    Director director(&thin);  
    director.Create();  
    return 0;  
}  
{  
    FatBuilder thin;  
    Director director(&thin);  
    director.Create();  
    return 0;  
}

7.外觀模式、組合模式

外觀模式應(yīng)該是用的很多的一種模式，特別是當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)很復(fù)雜時(shí)，系統(tǒng)提供給客戶的是一個(gè)簡單的對(duì)外接口，而把里面復(fù)雜的結(jié)構(gòu)都封裝了起來。客戶只需使用這些簡單接口就能使用這個(gè)系統(tǒng)，而不需要關(guān)注內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。DP一書的定義：為子系統(tǒng)中的一組接口提供一個(gè)一致的界面， 外觀模式定義了一個(gè)高層接口，這個(gè)接口使得這一子系統(tǒng)更加容易使用。舉個(gè)編譯器的例子，假設(shè)編譯一個(gè)程序需要經(jīng)過四個(gè)步驟：詞法分析、語法分析、中間代碼生成、機(jī)器碼生成。學(xué)過編譯都知道，每一步都很復(fù)雜。對(duì)于編譯器這個(gè)系統(tǒng)，就可以使用外觀模式。可以定義一個(gè)高層接口，比如名為Compiler的類，里面有一個(gè)名為Run的函數(shù)。客戶只需調(diào)用這個(gè)函數(shù)就可以編譯程序，至于Run函數(shù)內(nèi)部的具體操作，客戶無需知道。下面給出UML圖，以編譯器為實(shí)例。

相應(yīng)的代碼實(shí)現(xiàn)為：

class Scanner  
{  
public:  
    void Scan() { cout< "詞法分析"<

客戶使用方式：

int main()  
{  
    Compiler compiler;  
    Console Compiler();  
    return 0;  
}

這就是外觀模式，它有幾個(gè)特點(diǎn)（摘自DP一書），（1）它對(duì)客戶屏蔽子系統(tǒng)組件，因而減少了客戶處理的對(duì)象的數(shù)目并使得子系統(tǒng)使用起來更加方便。（2）它實(shí)現(xiàn)了子系統(tǒng)與客戶之間的松耦合關(guān)系，而子系統(tǒng)內(nèi)部的功能組件往往是緊耦合的。（3）如果應(yīng)用需要，它并不限制它們使用子系統(tǒng)類。

結(jié)合上面編譯器這個(gè)例子，進(jìn)一步說明。對(duì)于（1），編譯器類對(duì)客戶屏蔽了子系統(tǒng)組件，客戶只需處理編譯器的對(duì)象就可以方便的使用子系統(tǒng)。對(duì)于（2），子系統(tǒng)的變化，不會(huì)影響到客戶的使用，體現(xiàn)了子系統(tǒng)與客戶的松耦合關(guān)系。對(duì)于（3），如果客戶希望使用詞法分析器，只需定義詞法分析的類對(duì)象即可，并不受到限制。

外觀模式在構(gòu)建大型系統(tǒng)時(shí)非常有用。接下來介紹另一種模式，稱為組合模式。感覺有點(diǎn)像外觀模式，剛才我們實(shí)現(xiàn)外觀模式時(shí)，在Compiler這個(gè)類中包含了多個(gè)類的對(duì)象，就像把這些類組合在了一起。組合模式是不是這個(gè)意思，有點(diǎn)相似，其實(shí)不然。

DP書上給出的定義：將對(duì)象組合成樹形結(jié)構(gòu)以表示“部分-整體”的層次結(jié)構(gòu)。組合使得用戶對(duì)單個(gè)對(duì)象和組合對(duì)象的使用具有一致性。注意兩個(gè)字“樹形”。這種樹形結(jié)構(gòu)在現(xiàn)實(shí)生活中隨處可見，比如一個(gè)集團(tuán)公司，它有一個(gè)母公司，下設(shè)很多家子公司。不管是母公司還是子公司，都有各自直屬的財(cái)務(wù)部、人力資源部、銷售部等。對(duì)于母公司來說，不論是子公司，還是直屬的財(cái)務(wù)部、人力資源部，都是它的部門。整個(gè)公司的部門拓?fù)鋱D就是一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)。

下面給出組合模式的UML圖。從圖中可以看到，F(xiàn)inanceDepartment、HRDepartment兩個(gè)類作為葉結(jié)點(diǎn)，因此沒有定義添加函數(shù)。而ConcreteCompany類可以作為中間結(jié)點(diǎn)，所以可以有添加函數(shù)。那么怎么添加呢？這個(gè)類中定義了一個(gè)鏈表，用來放添加的元素。

相應(yīng)的代碼實(shí)現(xiàn)為：

class Company    
{  
public:  
    Company(string name) { m_name = name; }  
    virtual ~Company(){}  
    virtual void Add(Company *pCom){}  
    virtual void Show(int depth) {}  
protected:  
    string m_name;  
};  
//具體公司  
class ConcreteCompany : public Company    
{  
public:  
    ConcreteCompany(string name): Company(name) {}  
    virtual ~ConcreteCompany() {}  
    void Add(Company *pCom) { m_listCompany.push_back(pCom); } //位于樹的中間，可以增加子樹  
    void Show(int depth)  
{  
        for(int i = 0;i < depth; i++)  
            cout< "-";  
        cout<

客戶使用方式：

int main()  
{  
    Company *root = new ConcreteCompany("總公司");  
    Company *leaf1=new FinanceDepartment("財(cái)務(wù)部");  
    Company *leaf2=new HRDepartment("人力資源部");  
    root- >Add(leaf1);  
    root- >Add(leaf2);  

    //分公司A  
    Company *mid1 = new ConcreteCompany("分公司A");  
    Company *leaf3=new FinanceDepartment("財(cái)務(wù)部");  
    Company *leaf4=new HRDepartment("人力資源部");  
    mid1- >Add(leaf3);  
    mid1- >Add(leaf4);  
    root- >Add(mid1);  
    //分公司B  
    Company *mid2=new ConcreteCompany("分公司B");  
    FinanceDepartment *leaf5=new FinanceDepartment("財(cái)務(wù)部");  
    HRDepartment *leaf6=new HRDepartment("人力資源部");  
    mid2- >Add(leaf5);  
    mid2- >Add(leaf6);  
    root- >Add(mid2);  
    root- >Show(0);  

    delete leaf1; delete leaf2;  
    delete leaf3; delete leaf4;  
    delete leaf5; delete leaf6;   
    delete mid1; delete mid2;  
    delete root;  
    return 0;  
}

上面的實(shí)現(xiàn)方式有缺點(diǎn)，就是內(nèi)存的釋放不好，需要客戶自己動(dòng)手，非常不方便。有待改進(jìn)，比較好的做法是讓ConcreteCompany類來釋放。因?yàn)樗械闹羔樁际谴嬖贑oncreteCompany類的鏈表中。C++的麻煩，沒有垃圾回收機(jī)制。

8.代理模式

[DP]上的定義：為其他對(duì)象提供一種代理以控制對(duì)這個(gè)對(duì)象的訪問。有四種常用的情況：（1）遠(yuǎn)程代理，（2）虛代理，（3）保護(hù)代理，（4）智能引用。本文主要介紹虛代理和智能引用兩種情況。

考慮一個(gè)可以在文檔中嵌入圖形對(duì)象的文檔編輯器。有些圖形對(duì)象的創(chuàng)建開銷很大。但是打開文檔必須很迅速，因此我們?cè)诖蜷_文檔時(shí)應(yīng)避免一次性創(chuàng)建所有開銷很大的對(duì)象。這里就可以運(yùn)用代理模式，在打開文檔時(shí)，并不打開圖形對(duì)象，而是打開圖形對(duì)象的代理以替代真實(shí)的圖形。待到真正需要打開圖形時(shí)，仍由代理負(fù)責(zé)打開。這是[DP]一書上的給的例子。下面給出代理模式的UML圖。

簡單實(shí)現(xiàn)如下：

class Image  
{  
public:  
    Image(string name): m_imageName(name) {}  
    virtual ~Image() {}  
    virtual void Show() {}  
protected:  
    string m_imageName;  
};  
class BigImage: public Image  
{  
public:  
    BigImage(string name):Image(name) {}  
    ~BigImage() {}  
    void Show() { cout< "Show big image : "<

客戶調(diào)用：

int main()  
{  
    Image *image = new BigImageProxy("proxy.jpg"); //代理  
    image- >Show(); //需要時(shí)由代理負(fù)責(zé)打開  
    delete image;  
    return 0;  
}

在這個(gè)例子屬于虛代理的情況，下面給兩個(gè)智能引用的例子。一個(gè)是C++中的auto_ptr，另一個(gè)是smart_ptr。自己實(shí)現(xiàn)了一下。先給出auto_ptr的代碼實(shí)現(xiàn)：

template< class T >    
class auto_ptr {    
public:    
    explicit auto_ptr(T *p = 0): pointee(p) {}    
    auto_ptr(auto_ptr< T >& rhs): pointee(rhs.release()) {}    
    ~auto_ptr() { delete pointee; }    
    auto_ptr< T >& operator=(auto_ptr< T >& rhs)    
    {    
        if (this != &rhs) reset(rhs.release());    
        return *this;    
    }    
    T& operator*() const { return *pointee; }    
    T* operator- >() const { return pointee; }    
    T* get() const { return pointee; }    
    T* release()    
    {    
        T *oldPointee = pointee;    
        pointee = 0;    
        return oldPointee;    
    }    
    void reset(T *p = 0)    
    {    
        if (pointee != p) {    
               delete pointee;    
               pointee = p;    
            }    
        }    
private:    
    T *pointee;    
};

閱讀上面的代碼，我們可以發(fā)現(xiàn) auto_ptr 類就是一個(gè)代理，客戶只需操作auto_prt的對(duì)象，而不需要與被代理的指針pointee打交道。auto_ptr 的好處在于為動(dòng)態(tài)分配的對(duì)象提供異常安全。因?yàn)樗靡粋€(gè)對(duì)象存儲(chǔ)需要被自動(dòng)釋放的資源，然后依靠對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)來釋放資源。這樣客戶就不需要關(guān)注資源的釋放，由auto_ptr 對(duì)象自動(dòng)完成。實(shí)現(xiàn)中的一個(gè)關(guān)鍵就是重載了解引用操作符和箭頭操作符，從而使得auto_ptr的使用與真實(shí)指針類似。

我們知道C++中沒有垃圾回收機(jī)制，可以通過智能指針來彌補(bǔ)，下面給出智能指針的一種實(shí)現(xiàn)，采用了引用計(jì)數(shù)的策略。

template < typename T >  
class smart_ptr  
{  
public:  
    smart_ptr(T *p = 0): pointee(p), count(new size_t(1)) { }  //初始的計(jì)數(shù)值為1  
    smart_ptr(const smart_ptr &rhs): pointee(rhs.pointee), count(rhs.count) { ++*count; } //拷貝構(gòu)造函數(shù)，計(jì)數(shù)加1  
    ~smart_ptr() { decr_count(); }              //析構(gòu)，計(jì)數(shù)減1，減到0時(shí)進(jìn)行垃圾回收，即釋放空間  
    smart_ptr& operator= (const smart_ptr& rhs) //重載賦值操作符  
    {  
        //給自身賦值也對(duì)，因?yàn)槿绻陨碣x值，計(jì)數(shù)器先減1，再加1，并未發(fā)生改變  
        ++*count;  
        decr_count();  
        pointee = rhs.pointee;  
        count = rhs.count;  
        return *this;  
    }    
    //重載箭頭操作符和解引用操作符，未提供指針的檢查  
    T *operator- >() { return pointee; }  
    const T *operator- >() const { return pointee; }  
    T &operator*() { return *pointee; }  
    const T &operator*() const { return *pointee; }  
    size_t get_refcount() { return *count; } //獲得引用計(jì)數(shù)器值  
private:   
    T *pointee;       //實(shí)際指針，被代理    
    size_t *count;    //引用計(jì)數(shù)器  
    void decr_count() //計(jì)數(shù)器減1  
{  
        if(--*count == 0)   
        {  
            delete pointee;  
            delete count;  
        }  
    }  
};

9.享元模式

舉個(gè)圍棋的例子，圍棋的棋盤共有361格，即可放361個(gè)棋子。現(xiàn)在要實(shí)現(xiàn)一個(gè)圍棋程序，該怎么辦呢？首先要考慮的是棋子棋盤的實(shí)現(xiàn)，可以定義一個(gè)棋子的類，成員變量包括棋子的顏色、形狀、位置等信息，另外再定義一個(gè)棋盤的類，成員變量中有個(gè)容器，用于存放棋子的對(duì)象。下面給出代碼表示：

棋子的定義，當(dāng)然棋子的屬性除了顏色和位置，還有其他的，這里略去。這兩個(gè)屬性足以說明問題。

//棋子顏色  
enum PieceColor {BLACK, WHITE};  
//棋子位置  
struct PiecePos  
{  
    int x;  
    int y;  
    PiecePos(int a, int b): x(a), y(b) {}  
};  
//棋子定義  
class Piece  
{  
protected:  
    PieceColor m_color; //顏色  
    PiecePos m_pos;     //位置  
public:  
    Piece(PieceColor color, PiecePos pos): m_color(color), m_pos(pos) {}  
    ~Piece() {}  
    virtual void Draw() {}  
};  
class BlackPiece: public Piece  
{  
public:  
    BlackPiece(PieceColor color, PiecePos pos): Piece(color, pos) {}  
    ~BlackPiece() {}  
    void Draw() { cout< "繪制一顆黑棋"<

棋盤的定義：

class PieceBoard  
{  
private:  
    vector< Piece* > m_vecPiece; //棋盤上已有的棋子  
    string m_blackName; //黑方名稱  
    string m_whiteName; //白方名稱  
public:  
    PieceBoard(string black, string white): m_blackName(black), m_whiteName(white){}  
    ~PieceBoard() { Clear(); }  
    void SetPiece(PieceColor color, PiecePos pos) //一步棋，在棋盤上放一顆棋子  
{  
        Piece * piece = NULL;  
        if(color == BLACK) //黑方下的  
        {     
            piece = new BlackPiece(color, pos); //獲取一顆黑棋  
            cout<

客戶的使用方式如下：

int main()  
{  
    PieceBoard pieceBoard("A","B");  
    pieceBoard.SetPiece(BLACK, PiecePos(4, 4));  
    pieceBoard.SetPiece(WHITE, PiecePos(4, 16));  
    pieceBoard.SetPiece(BLACK, PiecePos(16, 4));  
    pieceBoard.SetPiece(WHITE, PiecePos(16, 16));  
}

可以發(fā)現(xiàn)，棋盤的容器中存放了已下的棋子，而每個(gè)棋子包含棋子的所有屬性。一盤棋往往需要含上百顆棋子，采用上面這種實(shí)現(xiàn)，占用的空間太大了。如何改進(jìn)呢？用享元模式。其定義為：運(yùn)用共享技術(shù)有效地支持大量細(xì)粒度的對(duì)象。

在圍棋中，棋子就是大量細(xì)粒度的對(duì)象。其屬性有內(nèi)在的，比如顏色、形狀等，也有外在的，比如在棋盤上的位置。內(nèi)在的屬性是可以共享的，區(qū)分在于外在屬性。因此，可以這樣設(shè)計(jì)，只需定義兩個(gè)棋子的對(duì)象，一顆黑棋和一顆白棋，這兩個(gè)對(duì)象含棋子的內(nèi)在屬性；棋子的外在屬性，即在棋盤上的位置可以提取出來，存放在單獨(dú)的容器中。相比之前的方案，現(xiàn)在容器中僅僅存放了位置屬性，而原來則是棋子對(duì)象。顯然，現(xiàn)在的方案大大減少了對(duì)于空間的需求。

關(guān)注PieceBoard 的容器，之前是vector m_vecPiece，現(xiàn)在是vector m_vecPos。這里是關(guān)鍵。

棋子的新定義，只包含內(nèi)在屬性：

//棋子顏色  
enum PieceColor {BLACK, WHITE};  
//棋子位置  
struct PiecePos  
{  
    int x;  
    int y;  
    PiecePos(int a, int b): x(a), y(b) {}  
};  
//棋子定義  
class Piece  
{  
protected:  
    PieceColor m_color; //顏色  
public:  
    Piece(PieceColor color): m_color(color) {}  
    ~Piece() {}  
    virtual void Draw() {}  
};  
class BlackPiece: public Piece  
{  
public:  
    BlackPiece(PieceColor color): Piece(color) {}  
    ~BlackPiece() {}  
    void Draw() { cout< "繪制一顆黑棋n"; }  
};  
class WhitePiece: public Piece  
{  
public:  
    WhitePiece(PieceColor color): Piece(color) {}  
    ~WhitePiece() {}  
    void Draw() { cout< "繪制一顆白棋n";}  
};

相應(yīng)棋盤的定義為：

class PieceBoard  
{  
private:  
    vector< PiecePos > m_vecPos; //存放棋子的位置  
    Piece *m_blackPiece;       //黑棋棋子   
    Piece *m_whitePiece;       //白棋棋子  
    string m_blackName;  
    string m_whiteName;  
public:  
    PieceBoard(string black, string white): m_blackName(black), m_whiteName(white)  
    {  
        m_blackPiece = NULL;  
        m_whitePiece = NULL;  
    }  
    ~PieceBoard() { delete m_blackPiece; delete m_whitePiece;}  
    void SetPiece(PieceColor color, PiecePos pos)  
{  
        if(color == BLACK)  
        {  
            if(m_blackPiece == NULL)  //只有一顆黑棋  
                m_blackPiece = new BlackPiece(color);     
            cout<

客戶的使用方式一樣，這里不重復(fù)給出，現(xiàn)在給出享元模式的UML圖，以圍棋為例。棋盤中含兩個(gè)共享的對(duì)象，黑棋子和白棋子，所有棋子的外在屬性都存放在單獨(dú)的容器中。

10、橋接模式

[DP]書上定義：將抽象部分與它的實(shí)現(xiàn)部分分離，使它們都可以獨(dú)立地變化。考慮裝操作系統(tǒng)，有多種配置的計(jì)算機(jī)，同樣也有多款操作系統(tǒng)。如何運(yùn)用橋接模式呢？可以將操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)分別抽象出來，讓它們各自發(fā)展，減少它們的耦合度。當(dāng)然了，兩者之間有標(biāo)準(zhǔn)的接口。這樣設(shè)計(jì)，不論是對(duì)于計(jì)算機(jī)，還是操作系統(tǒng)都是非常有利的。下面給出這種設(shè)計(jì)的UML圖，其實(shí)就是橋接模式的UML圖。

給出C++的一種實(shí)現(xiàn)：

//操作系統(tǒng)  
class OS  
{  
public:  
    virtual void InstallOS_Imp() {}  
};  
class WindowOS: public OS  
{  
public:  
    void InstallOS_Imp() { cout< "安裝Window操作系統(tǒng)"<

客戶使用方式：

int main()  
{  
    OS *os1 = new WindowOS();  
    OS *os2 = new LinuxOS();  
    Computer *computer1 = new AppleComputer();  
    computer1- >InstallOS(os1);  
    computer1- >InstallOS(os2);  
}

11.裝飾模式

裝飾模式：動(dòng)態(tài)地給一個(gè)對(duì)象添加一些額外的職責(zé)。就增加功能來說，裝飾模式相比生成子類更為靈活。有時(shí)我們希望給某個(gè)對(duì)象而不是整個(gè)類添加一些功能。比如有一個(gè)手機(jī)，允許你為手機(jī)添加特性，比如增加掛件、屏幕貼膜等。一種靈活的設(shè)計(jì)方式是，將手機(jī)嵌入到另一對(duì)象中，由這個(gè)對(duì)象完成特性的添加，我們稱這個(gè)嵌入的對(duì)象為裝飾。這個(gè)裝飾與它所裝飾的組件接口一致，因此它對(duì)使用該組件的客戶透明。下面給出裝飾模式的UML圖。

在這種設(shè)計(jì)中，手機(jī)的裝飾功能被獨(dú)立出來，可以單獨(dú)發(fā)展，進(jìn)而簡化了具體手機(jī)類的設(shè)計(jì)。下面給出Phone類的實(shí)現(xiàn)：

//公共抽象類  
class Phone  
{  
public:  
    Phone() {}  
    virtual ~Phone() {}  
    virtual void ShowDecorate() {}  
};

具體的手機(jī)類的定義：

//具體的手機(jī)類  
class iPhone : public Phone  
{  
private:  
    string m_name; //手機(jī)名稱  
public:  
    iPhone(string name): m_name(name){}  
    ~iPhone() {}  
    void ShowDecorate() { cout<

裝飾類的實(shí)現(xiàn)：

//裝飾類  
class DecoratorPhone : public Phone  
{  
private:  
    Phone *m_phone;  //要裝飾的手機(jī)  
public:  
    DecoratorPhone(Phone *phone): m_phone(phone) {}  
    virtual void ShowDecorate() { m_phone- >ShowDecorate(); }  
};  
//具體的裝飾類  
class DecoratorPhoneA : public DecoratorPhone  
{  
public:  
    DecoratorPhoneA(Phone *phone) : DecoratorPhone(phone) {}  
    void ShowDecorate() { DecoratorPhone::ShowDecorate(); AddDecorate(); }  
private:  
    void AddDecorate() { cout< "增加掛件"<

客戶使用方式：

int main()  
{  
    Phone *iphone = new NokiaPhone("6300");  
    Phone *dpa = new DecoratorPhoneA(iphone); //裝飾，增加掛件  
    Phone *dpb = new DecoratorPhoneB(dpa);    //裝飾，屏幕貼膜  
    dpb- >ShowDecorate();  
    delete dpa;  
    delete dpb;  
    delete iphone;  
    return 0;  
}

裝飾模式提供了更加靈活的向?qū)ο筇砑勇氊?zé)的方式。可以用添加和分離的方法，用裝飾在運(yùn)行時(shí)刻增加和刪除職責(zé)。裝飾模式提供了一種“即用即付”的方法來添加職責(zé)。它并不試圖在一個(gè)復(fù)雜的可定制的類中支持所有可預(yù)見的特征，相反，你可以定義一個(gè)簡單的類，并且用裝飾類給它逐漸地添加功能。可以從簡單的部件組合出復(fù)雜的功能

12.備忘錄模式

備忘錄模式：在不破壞封裝性的前提下，捕獲一個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)，并在該對(duì)象之外保存這個(gè)狀態(tài)。這樣以后就可將該對(duì)象恢復(fù)到原先保存的狀態(tài)[DP]。舉個(gè)簡單的例子，我們玩游戲時(shí)都會(huì)保存進(jìn)度，所保存的進(jìn)度以文件的形式存在。這樣下次就可以繼續(xù)玩，而不用從頭開始。這里的進(jìn)度其實(shí)就是游戲的內(nèi)部狀態(tài)，而這里的文件相當(dāng)于是在游戲之外保存狀態(tài)。這樣，下次就可以從文件中讀入保存的進(jìn)度，從而恢復(fù)到原來的狀態(tài)。這就是備忘錄模式。

給出備忘錄模式的UML圖，以保存游戲的進(jìn)度為例。

Memento類定義了內(nèi)部的狀態(tài)，而Caretake類是一個(gè)保存進(jìn)度的管理者，GameRole類是游戲角色類。可以看到GameRole的對(duì)象依賴于Memento對(duì)象，而與Caretake對(duì)象無關(guān)。下面給出一個(gè)簡單的是實(shí)現(xiàn)。

//需保存的信息  
class Memento    
{  
public:  
    int m_vitality; //生命值  
    int m_attack;   //進(jìn)攻值  
    int m_defense;  //防守值  
public:  
    Memento(int vitality, int attack, int defense):   
      m_vitality(vitality),m_attack(attack),m_defense(defense){}  
    Memento& operator=(const Memento &memento)   
    {  
        m_vitality = memento.m_vitality;  
        m_attack = memento.m_attack;  
        m_defense = memento.m_defense;  
        return *this;  
    }  
};  
//游戲角色  
class GameRole    
{  
private:  
    int m_vitality;  
    int m_attack;  
    int m_defense;  
public:  
    GameRole(): m_vitality(100),m_attack(100),m_defense(100) {}  
    Memento Save()  //保存進(jìn)度，只與Memento對(duì)象交互，并不牽涉到Caretake  
{   
        Memento memento(m_vitality, m_attack, m_defense);  
        return memento;  
    }  
    void Load(Memento memento)  //載入進(jìn)度，只與Memento對(duì)象交互，并不牽涉到Caretake  
{  
        m_vitality = memento.m_vitality;  
        m_attack = memento.m_attack;   
        m_defense = memento.m_defense;  
    }  
    void Show() { cout< "vitality : "< < m_vitality< ", attack : "< < m_attack< ", defense : "< < m_defense<

客戶使用方式：

//測(cè)試案例  
int main()  
{     
    Caretake caretake;  
    GameRole role;   
    role.Show();   //初始值  
    caretake.Save(role.Save()); //保存狀態(tài)  
    role.Attack();     
    role.Show();  //進(jìn)攻后  
    role.Load(caretake.Load(0)); //載入狀態(tài)   
    role.Show();  //恢復(fù)到狀態(tài)0  
    return 0;  
}

13.中介者模式

中介者模式：用一個(gè)中介對(duì)象來封裝一系列的對(duì)象交互。中介者使各對(duì)象不需要顯式地相互引用，從而使其耦合松散，而且可以獨(dú)立地改變它們之間的交互。中介者模式的例子很多，大到聯(lián)合國安理會(huì)，小到房屋中介，都扮演了中間者的角色，協(xié)調(diào)各方利益。

本文就以租房為例子，如果沒有房屋中介，那么房客要自己找房東，而房東也要自己找房客，非常不方便。有了房屋中介機(jī)構(gòu)就方便了，房東可以把要出租的房屋信息放到中介機(jī)構(gòu)，而房客可以去中介機(jī)構(gòu)咨詢。在軟件中，就是多個(gè)對(duì)象之間需要通信，如果沒有中介，對(duì)象就需要知道其他對(duì)象，最壞情況下，可能需要知道所有其他對(duì)象，而有了中介對(duì)象就方便多了，對(duì)象只需與中介對(duì)象通信，而不用知道其他的對(duì)象。這就是中介者模式，下面以租房為例，給出中介者模式的UML圖。

實(shí)現(xiàn)不難，下面給出C++的實(shí)現(xiàn)：

class Mediator;  
//抽象人  
class Person  
{  
protected:  
    Mediator *m_mediator; //中介  
public:  
    virtual void SetMediator(Mediator *mediator){} //設(shè)置中介  
    virtual void SendMessage(string message) {}    //向中介發(fā)送信息  
    virtual void GetMessage(string message) {}     //從中介獲取信息  
};  
//抽象中介機(jī)構(gòu)  
class Mediator  
{  
public:  
    virtual void Send(string message, Person *person) {}  
    virtual void SetA(Person *A) {}  //設(shè)置其中一方  
    virtual void SetB(Person *B) {}  
};  
//租房者  
class Renter: public Person  
{  
public:  
    void SetMediator(Mediator *mediator) { m_mediator = mediator; }  
    void SendMessage(string message) { m_mediator- >Send(message, this); }  
    void GetMessage(string message) { cout< "租房者收到信息"<

客戶使用方式如下：

//測(cè)試案例  
int main()  
{     
    Mediator *mediator = new HouseMediator();  
    Person *person1 = new Renter();    //租房者  
    Person *person2 = new Landlord();  //房東  
    mediator- >SetA(person1);  
    mediator- >SetB(person2);  
    person1- >SetMediator(mediator);  
    person2- >SetMediator(mediator);  
    person1- >SendMessage("我想在南京路附近租套房子，價(jià)格800元一個(gè)月n");  
    person2- >SendMessage("出租房子：南京路100號(hào)，70平米，1000元一個(gè)月n");  
    delete person1; delete person2; delete mediator;  
    return 0;  
}

14.職責(zé)鏈模式

職責(zé)鏈模式：使多個(gè)對(duì)象都有機(jī)會(huì)處理請(qǐng)求，從而避免請(qǐng)求的發(fā)送者和接收者之間的耦合關(guān)系。將這些對(duì)象連成一條鏈，并沿著這條鏈傳遞該請(qǐng)求，直到有一個(gè)對(duì)象處理它為止。其思想很簡單，考慮員工要求加薪。公司的管理者一共有三級(jí)，總經(jīng)理、總監(jiān)、經(jīng)理，如果一個(gè)員工要求加薪，應(yīng)該向主管的經(jīng)理申請(qǐng)，如果加薪的數(shù)量在經(jīng)理的職權(quán)內(nèi)，那么經(jīng)理可以直接批準(zhǔn)，否則將申請(qǐng)上交給總監(jiān)。總監(jiān)的處理方式也一樣，總經(jīng)理可以處理所有請(qǐng)求。這就是典型的職責(zé)鏈模式，請(qǐng)求的處理形成了一條鏈，直到有一個(gè)對(duì)象處理請(qǐng)求。給出這個(gè)例子的UML圖。

代碼的實(shí)現(xiàn)比較簡單，如下所示：

//抽象管理者  
class Manager  
{  
protected:  
    Manager *m_manager;  
    string m_name;  
public:  
    Manager(Manager *manager, string name):m_manager(manager), m_name(name){}  
    virtual void DealWithRequest(string name, int num)  {}  
};  
//經(jīng)理  
class CommonManager: public Manager  
{  
public:  
    CommonManager(Manager *manager, string name):Manager(manager,name) {}  
    void DealWithRequest(string name, int num)   
{  
        if(num < 500) //經(jīng)理職權(quán)之內(nèi)  
        {  
            cout< "經(jīng)理"<

客戶調(diào)用方式為：

//測(cè)試案例  
int main()  
{     
    Manager *general = new GeneralManager(NULL, "A"); //設(shè)置上級(jí)，總經(jīng)理沒有上級(jí)  
    Manager *majordomo = new Majordomo(general, "B"); //設(shè)置上級(jí)  
    Manager *common = new CommonManager(majordomo, "C"); //設(shè)置上級(jí)  
    common- >DealWithRequest("D",300);   //員工D要求加薪  
    common- >DealWithRequest("E", 600);  
    common- >DealWithRequest("F", 1000);  
    delete common; delete majordomo; delete general;  
    return 0;  
}

15.觀察者模式

觀察者模式：定義對(duì)象間的一種一對(duì)多的依賴關(guān)系，當(dāng)一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，所有依賴于它的對(duì)象都得到通知并被自動(dòng)更新。它還有兩個(gè)別名，依賴(Dependents)，發(fā)布-訂閱(Publish-Subsrcibe)。可以舉個(gè)博客訂閱的例子，當(dāng)博主發(fā)表新文章的時(shí)候，即博主狀態(tài)發(fā)生了改變，那些訂閱的讀者就會(huì)收到通知，然后進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，比如去看文章，或者收藏起來。博主與讀者之間存在種一對(duì)多的依賴關(guān)系。下面給出相應(yīng)的UML圖設(shè)計(jì)。

可以看到博客類中有一個(gè)觀察者鏈表（即訂閱者），當(dāng)博客的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，通過Notify成員函數(shù)通知所有的觀察者，告訴他們博客的狀態(tài)更新了。而觀察者通過Update成員函數(shù)獲取博客的狀態(tài)信息。代碼實(shí)現(xiàn)不難，下面給出C++的一種實(shí)現(xiàn)。

//觀察者  
class Observer    
{  
public:  
    Observer() {}  
    virtual ~Observer() {}  
    virtual void Update() {}   
};  
//博客  
class Blog    
{  
public:  
    Blog() {}  
    virtual ~Blog() {}  
    void Attach(Observer *observer) { m_observers.push_back(observer); }     //添加觀察者  
    void Remove(Observer *observer) { m_observers.remove(observer); }        //移除觀察者  
    void Notify() //通知觀察者  
{  
        list< Observer* >::iterator iter = m_observers.begin();  
        for(; iter != m_observers.end(); iter++)  
            (*iter)- >Update();  
    }  
    virtual void SetStatus(string s) { m_status = s; } //設(shè)置狀態(tài)  
    virtual string GetStatus() { return m_status; }    //獲得狀態(tài)  
private:  
    list< Observer* > m_observers; //觀察者鏈表  
protected:  
    string m_status; //狀態(tài)  
};

以上是觀察者和博客的基類，定義了通用接口。博客類主要完成觀察者的添加、移除、通知操作，設(shè)置和獲得狀態(tài)僅僅是一個(gè)默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。下面給出它們相應(yīng)的子類實(shí)現(xiàn)。

//具體博客類  
class BlogCSDN : public Blog  
{  
private:  
    string m_name; //博主名稱  
public:  
    BlogCSDN(string name): m_name(name) {}  
    ~BlogCSDN() {}  
    void SetStatus(string s) { m_status = "CSDN通知 : " + m_name + s; } //具體設(shè)置狀態(tài)信息  
    string GetStatus() { return m_status; }  
};  
//具體觀察者  
class ObserverBlog : public Observer     
{  
private:  
    string m_name;  //觀察者名稱  
    Blog *m_blog;   //觀察的博客，當(dāng)然以鏈表形式更好，就可以觀察多個(gè)博客  
public:   
    ObserverBlog(string name,Blog *blog): m_name(name), m_blog(blog) {}  
    ~ObserverBlog() {}  
    void Update()  //獲得更新狀態(tài)  
{   
        string status = m_blog- >GetStatus();  
        cout<

客戶的使用方式：

//測(cè)試案例  
int main()  
{  
    Blog *blog = new BlogCSDN("wuzhekai1985");  
    Observer *observer1 = new ObserverBlog("tutupig", blog);  
    blog- >Attach(observer1);  
    blog- >SetStatus("發(fā)表設(shè)計(jì)模式C++實(shí)現(xiàn)（15）——觀察者模式");  
    blog- >Notify();  
    delete blog; delete observer1;  
    return 0;  
}

16.狀態(tài)模式

狀態(tài)模式：允許一個(gè)對(duì)象在其內(nèi)部狀態(tài)改變時(shí)改變它的行為。對(duì)象看起來似乎修改了它的類。它有兩種使用情況：（1）一個(gè)對(duì)象的行為取決于它的狀態(tài), 并且它必須在運(yùn)行時(shí)刻根據(jù)狀態(tài)改變它的行為。（2）一個(gè)操作中含有龐大的多分支的條件語句，且這些分支依賴于該對(duì)象的狀態(tài)。本文的例子為第一種情況，以戰(zhàn)爭(zhēng)為例，假設(shè)一場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)需經(jīng)歷四個(gè)階段：前期、中期、后期、結(jié)束。當(dāng)戰(zhàn)爭(zhēng)處于不同的階段，戰(zhàn)爭(zhēng)的行為是不一樣的，也就說戰(zhàn)爭(zhēng)的行為取決于所處的階段，而且隨著時(shí)間的推進(jìn)是動(dòng)態(tài)變化的。下面給出相應(yīng)的UML圖。

實(shí)現(xiàn)的代碼比較簡單，給出War類和State類，War類中含State對(duì)象（指針形式）。

class War;  
class State   
{  
public:  
    virtual void Prophase() {}  
    virtual void Metaphase() {}  
    virtual void Anaphase() {}  
    virtual void End() {}  
    virtual void CurrentState(War *war) {}  
};  
//戰(zhàn)爭(zhēng)  
class War  
{  
private:  
    State *m_state;  //目前狀態(tài)  
    int m_days;      //戰(zhàn)爭(zhēng)持續(xù)時(shí)間  
public:  
    War(State *state): m_state(state), m_days(0) {}  
    ~War() { delete m_state; }  
    int GetDays() { return m_days; }  
    void SetDays(int days) { m_days = days; }  
    void SetState(State *state) { delete m_state; m_state = state; }  
    void GetState() { m_state- >CurrentState(this); }  
};

給出具體的狀態(tài)類：

//戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束  
class EndState: public State  
{  
public:  
    void End(War *war) //結(jié)束階段的具體行為  
{  
        cout< "戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束"<

使用方式：

//測(cè)試案例  
int main()  
{  
    War *war = new War(new ProphaseState());  
    for(int i = 1; i < 40;i += 5)  
    {  
        war- >SetDays(i);  
        war- >GetState();  
    }  
    delete war;  
    return 0;  
}