常用设计模式(工厂方法，抽象工厂，责任链，装饰器模式)

news2024/12/25 2:15:47

前言

有关设计模式的其他常用模式请参考
单例模式的实现
常见的设计模式(模板与方法，观察者模式，策略模式)

工程方法

定义

定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。Factory Method使得一个类的实例化延迟到子类。 ——《设计模式》GoF

要点

解决创建过程比较复杂，希望对外隐藏这些细节的场景；

  • 比如连接池、线程池
  • 隐藏对象真实类型；
  • 对象创建会有很多参数来决定如何创建；
  • 创建对象有复杂的依赖关系；

本质

延迟到子类来选择实现；

结构图

在这里插入图片描述

举例

实现一个导出数据的接口，让客户选择数据的导出方式；

代码

class IExport
{
protected:
	IExport() {}
	virtual ~IExport() {}
public:
	virtual void exportFile() = 0;
};

class JSONExport :public IExport
{
public:
	JSONExport() {}
	~JSONExport() {}
	void exportFile()
	{
		std::cout << "export json file" << std::endl;
	}
};
class TxtFileExport :public IExport
{
public:
	TxtFileExport() {}
	~TxtFileExport() {}
	void  exportFile()
	{
		std::cout << "export txt  file" << std::endl;
	}
};
class XMLExport :public IExport
{
public:
	XMLExport() {}
	~XMLExport() {}
	void  exportFile()
	{
		std::cout << "export xml file" << std::endl;
	}
};

class IFactoryMethodExport
{
public:
	virtual IExport* createExport() = 0;//创建比较复杂，使用一个函数来创建
};

class FactoryMethodJSONExport :public IFactoryMethodExport
{
public:
	IExport* createExport() {
		//比较多的参数初始化
		jsonExport = new JSONExport();//这里没有使用参数这些
	  //其他初始化操作
	}
private:
	JSONExport* jsonExport;
};

class FactoryMethodXMLExport :public IFactoryMethodExport
{
public:
	IExport* createExport() {
		//比较多的参数初始化
		xmlExport = new XMLExport();//这里没有使用参数这些
	  //其他初始化操作
	}
private:
	XMLExport* xmlExport;
};

class FactoryMethodTxtFileExport :public IFactoryMethodExport
{
public:
	IExport* createExport() {
		//比较多的参数初始化
		txtFileExport = new TxtFileExport();//这里没有使用参数这些
	  //其他初始化操作
		return txtFileExport;
	}
private:
	TxtFileExport* txtFileExport;
};

抽象工厂

定义

提供一个接口，让该接口负责创建一系列“相关或者相互依赖的对象”，无需指定它们具体的类。——《设计模式》GoF
其实和工厂方法是类似的，只是在工厂中创建多个对象。

结构图

在这里插入图片描述

例子

实现一个拥有导出导入数据的接口，让客户选择数据的导出导入方式；

代码

class IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) = 0;
    virtual ~IExport(){}
};

class ExportXml : public IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class ExportJson : public IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class ExportTxt : public IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class ExportCSV : public IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class IImport {
public:
    virtual bool Import(const std::string &data) = 0;
    virtual ~IImport(){}
};

class ImportXml : public IImport {
public:
    virtual bool Import(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class ImportJson : public IImport {
public:
    virtual bool Import(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class ImportTxt : public IImport {
public:
    virtual bool Import(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

// 对于初学者： 知道扩展代码
// 5年
class ImportCSV : public IImport {
public:
    virtual bool Import(const std::string &data) {
        // ....
        return true;
    }
};

class IDataApiFactory {
public:
    IDataApiFactory() {
        _export = nullptr;
        _import = nullptr;
    }
    virtual ~IDataApiFactory() {
        if (_export) {
            delete _export;
            _export = nullptr;
        }
        if (_import) {
            delete _import;
            _import = nullptr;
        }
    }
    bool Export(const std::string &data) {
        if (_export == nullptr) {
            _export = NewExport();
        }
        return _export->Export(data);
    }
    bool Import(const std::string &data) {
        if (_import == nullptr) {
            _import = NewImport();
        }
        return _import->Import(data);
    }
protected:
    virtual IExport * NewExport(/* ... */) = 0;
    virtual IImport * NewImport(/* ... */) = 0;
private:
    IExport *_export;
    IImport *_import;
};

class XmlApiFactory : public IDataApiFactory {
protected:
    virtual IExport * NewExport(/* ... */) {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IExport * temp = new ExportXml;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
    virtual IImport * NewImport(/* ... */) {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IImport * temp = new ImportXml;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
};

class JsonApiFactory : public IDataApiFactory {
protected:
    virtual IExport * NewExport(/* ... */) {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IExport * temp = new ExportJson;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
    virtual IImport * NewImport(/* ... */) {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IImport * temp = new ImportJson;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
};
class TxtApiFactory : public IDataApiFactory {
protected:
    virtual IExport * NewExport(/* ... */) {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IExport * temp = new ExportTxt;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
    virtual IImport * NewImport(/* ... */) {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IImport * temp = new ImportTxt;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
};

class CSVApiFactory : public IDataApiFactory {
protected:
    virtual IExport * NewExport(/* ... */) {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IExport * temp = new ExportCSV;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
    virtual IImport * NewImport(/* ... */) {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IImport * temp = new ImportCSV;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
};

// 相关性  依赖性    工作当中
int main () {
    IDataApiFactory *factory = new CSVApiFactory();
    factory->Import("hello world");
    factory->Export("hello world");
    return 0;
}

责任链模式

定义

使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。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它为止。 ——《设计模式》GoF

要点

  • 解耦请求方和处理方，请求方不知道请求是如何被处理，处理方的组成是由相互独- 立的子处理构成，子处理流程通过链表的方式连接，子处理请求可以按任意顺序组合；
  • 责任链请求强调请求最终由一个子处理流程处理；通过了各个子处理条件判断；
  • 责任链扩展就是功能链，功能链强调的是，一个请求依次经由功能链中的子处理流程处理；
  • 将职责以及职责顺序运行进行抽象，那么职责变化可以任意扩展，同时职责顺序也可以任意扩展；

本质

  • 分离职责，动态组合；

结构图

在这里插入图片描述

例子

请求流程，1 天内需要主程序批准，3 天内需要项目经理批准，3 天以上需要老板批准；
在前面链接的说明了设计模式主要是设计需求的变化点，稳定点是固定的流程。
在这里：稳定点是处理流程是稳定的(首选判断是否能够处理，如果不能处理，则交给更高层处理，可以抽象出是否能够处理接口和处理接口)。变化点包括：天数，职责人个数(后续可能会增加更多的项目职责)。

代码

#include <string>
struct WorkerContext {
	std::string name;
	int day;
};

class IWorker{
public:
	IWorker(WorkerContext& context) :context(context) 
	{ 
	}
	//处理流程是固定的，稳定点不变
	bool handle() {
		if (isCanHandle()) {//可以处理
	       return handRequest();
		}
		else if(next){//不可以处理,交给下个处理者处理
			return next->handle();
		}
		std::cout << "无法处理" << std::endl;
		return false;
	}
	void setNextHandler(IWorker* _next)//设置下一个处理者
	{
		next = _next;
	}
protected:
	virtual bool isCanHandle() = 0;//是否可以处理
	virtual bool handRequest() = 0;//处理
	WorkerContext& context;
private:
	IWorker* next = nullptr;//下一个流程处理者
};

//
class MainProgram :public IWorker {
public:
	MainProgram(WorkerContext& context) :IWorker(context) {}
private:
	bool isCanHandle() {
		if (context.day <= 1)
		{
			return true;
		}
		return false;
	}
	bool handRequest() {
		std::cout << "MainProgram 同意" << context.name << "天数" << context.day << std::endl;
		return true;
	}
};
class ProjectManager :public IWorker {
public:
	ProjectManager(WorkerContext& context) :IWorker(context) {}
private:
	bool isCanHandle() {
		if (context.day <= 3)
		{
			return true;
		}
		return false;
	}
	bool handRequest() {
		std::cout << "ProjectManager 同意" << context.name << "天数" << context.day << std::endl;
		return true;
	}
};

class Boss :public IWorker {
public:
	Boss(WorkerContext& context) :IWorker(context) {}
private:
	bool isCanHandle() {
		if (context.day > 3 && context.day < 10)
		{
			return true;
		}
		return false;
	}
	bool handRequest() {
		std::cout << "Boss 同意" << context.name << "天数" << context.day << std::endl;
		return true;
	}
};

int main{
	WorkerContext context;
	context.day = 10;
	context.name = "susan";
	IWorker* worker1 = new MainProgram(context);
	IWorker* worker2 = new ProjectManager(context);
	IWorker* worker3 = new Boss(context);
	worker1->setNextHandler(worker2);
	worker2->setNextHandler(worker3);
	worker1->handle();
}

装饰器模式

定义

动态地给一个对象增加一些额外的职责。就增加功能而言，装饰器模式比生产子类更为灵活。—— 《设计模式》GoF

要点

- 通过采用组合而非继承的手法， 装饰器模式实现了在运行时动态扩展对象功能的能力，而且可以根据需要扩展多个功能。 避免了使用继承带来的“灵活性差”和“多子类衍生问题”。
- 不是解决“多子类衍生问题”问题，而是解决“父类在多个方向上的扩展功能”问题；
- 装饰器模式把一系列复杂的功能分散到每个装饰器当中，一般一个装饰器只实现一个功能，实现复用装饰器的功能；

本质

动态组合

例子

普通员工有销售奖金，累计奖金，部门经理除此之外还有团队奖金；后面可能会添加环比增长奖金，同时可能针对不同的职位产生不同的奖金组合；

代码

#include <iostream>
// 普通员工有销售奖金，累计奖金，部门经理除此之外还有团队奖金；后面可能会添加环比增长奖金，同时可能产生不同的奖金组合；
// 销售奖金 = 当月销售额 * 4%
// 累计奖金 = 总的回款额 * 0.2%
// 部门奖金 = 团队销售额 * 1%
// 环比奖金 = (当月销售额-上月销售额) * 1%
// 销售后面的参数可能会调整
using namespace std;
class Context {
public:
    bool isMgr;
    // User user;
    // double groupsale;
};


class CalcBonus {    
public:
    CalcBonus(CalcBonus * c = nullptr) : cc(c) {}
    virtual double Calc(Context &ctx) {
        return 0.0; // 基本工资
    }
    virtual ~CalcBonus() {}

protected:
    CalcBonus* cc;
};

class CalcMonthBonus : public CalcBonus {
public:
    CalcMonthBonus(CalcBonus * c) : CalcBonus(c) {}
    virtual double Calc(Context &ctx) {
        double mbonus /*= 计算流程忽略*/; 
        return mbonus + cc->Calc(ctx);
    }
};

class CalcSumBonus : public CalcBonus {
public:
    CalcSumBonus(CalcBonus * c) : CalcBonus(c) {}
    virtual double Calc(Context &ctx) {
        double sbonus /*= 计算流程忽略*/; 
        return sbonus + cc->Calc(ctx);
    }
};

class CalcGroupBonus : public CalcBonus {
public:
    CalcGroupBonus(CalcBonus * c) : CalcBonus(c) {}
    virtual double Calc(Context &ctx) {
        double gbnonus /*= 计算流程忽略*/; 
        return gbnonus + cc->Calc(ctx);
    }
};

class CalcCycleBonus : public CalcBonus {
public:
    CalcCycleBonus(CalcBonus * c) : CalcBonus(c) {}
    virtual double Calc(Context &ctx) {
        double gbnonus /*= 计算流程忽略*/; 
        return gbnonus + cc->Calc(ctx);
    }
};

int main() {
    // 1. 普通员工
    Context ctx1;
    CalcBonus *base = new CalcBonus();
    CalcBonus *cb2 = new CalcSumBonus(base);
    CalcBonus *cb1 = new CalcMonthBonus(cb2);


    cb2->Calc(ctx1);
    // 2. 部门经理
    Context ctx2;
    CalcBonus *cb3 = new CalcGroupBonus(cb2);
    cb3->Calc(ctx2);
}

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