揭秘C++设计模式：从原理到架构设计实战攻略

引言

C++作为一种强大的编程语言，广泛应用于系统软件、游戏开发、高性能计算等领域。设计模式作为软件工程中的重要组成部分，能够帮助我们更好地理解和解决在软件开发过程中遇到的各种问题。本文将深入探讨C++设计模式，从原理到架构设计实战，帮助读者掌握这一重要的编程技能。

一、设计模式概述

1.1 设计模式的概念

设计模式是一套被反复使用、多数人知晓、经过分类编目、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。

1.2 设计模式的作用

提高代码可读性和可维护性
降低系统复杂性
增强代码的灵活性和可扩展性
提高代码的重用性

二、C++常用设计模式

2.1 单例模式

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

class Singleton { private: static Singleton* instance; Singleton() {} Singleton(const Singleton&) = delete; Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; public: static Singleton* getInstance() { if (instance == nullptr) { instance = new Singleton(); } return instance; } void doSomething() { // ... } }; Singleton* Singleton::instance = nullptr;

2.2 工厂模式

工厂模式定义一个接口，用于创建多个相关或相互独立的对象，让类实例化过程延迟到子类中进行。

class Creator { public: virtual Product* createProduct() = 0; }; class ConcreteCreatorA : public Creator { public: Product* createProduct() override { return new ProductA(); } }; class ConcreteCreatorB : public Creator { public: Product* createProduct() override { return new ProductB(); } }; class Product { public: virtual void use() = 0; virtual ~Product() {} }; class ProductA : public Product { public: void use() override { // ... } }; class ProductB : public Product { public: void use() override { // ... } };

2.3 观察者模式

观察者模式定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象改变状态时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。

class Subject { public: virtual void attach(Observer* observer) = 0; virtual void detach(Observer* observer) = 0; virtual void notify() = 0; }; class ConcreteSubject : public Subject { private: std::vector<Observer*> observers; public: void attach(Observer* observer) override { observers.push_back(observer); } void detach(Observer* observer) override { observers.erase(std::remove(observers.begin(), observers.end(), observer), observers.end()); } void notify() override { for (Observer* observer : observers) { observer->update(this); } } }; class Observer { public: virtual void update(Subject* subject) = 0; }; class ConcreteObserverA : public Observer { public: void update(Subject* subject) override { // ... } }; class ConcreteObserverB : public Observer { public: void update(Subject* subject) override { // ... } };

三、架构设计实战

3.1 项目背景

以一个在线购物平台为例，探讨如何运用设计模式进行架构设计。

3.2 架构设计

分层架构：将系统分为表现层、业务逻辑层、数据访问层和基础设施层。
设计模式应用：
- 单例模式：用于管理数据库连接、日志记录等全局资源。
- 工厂模式：用于创建不同类型的商品、订单等对象。
- 观察者模式：用于处理用户行为、系统状态变化等事件。
- 策略模式：用于实现不同的促销策略。
- 适配器模式：用于适配不同类型的支付接口。
性能优化：
- 缓存机制：减少数据库访问次数，提高系统性能。
- 异步处理：提高系统响应速度，降低资源消耗。