C++设计模式介绍、分类与设计模式原则
一、设计模式定义二、设计模式的优点三、设计模式缺点四、设计模式中的抽象思维五、抽象的方法六、设计模式应用场景七、设计模式分类八、设计模式八大原则附加知识（1）C++面向对象三种访问修饰符（2）父类析构函数必须为虚函数（3）override关键字使用（4）final关键字使用（5）父类对象可以与子类对象相互转化吗（6）虚函数、虚函数表介绍
目录
一、设计模式定义
是一套被反复使用的代码设计经验的总结，是经过提炼的出色设计方法。设计模式主要是指面向对象这种编程模型下的设计模式；把变化与稳定的分割，管理变化，提高复用（稳定的部分可以封装为基类或者方法接口，使用子类应对变化）。设计模式可以更好地适应需求地变化，将变化来的代码修改影响减为最小。
二、设计模式的优点
设计模式一般应用于大型项目中，设计模式可以使各模块之间的代码灵活性和可复用性增强。
灵活性是指：可扩展性和低耦合型；增加新的功能，不需要大范围修改代码。
可复用性是指：可以到处重复使用，面向对象的三大特性：封装、继承、多态。泛型编程。面向对象程序设计原则之一：单一原则（一个类只干好一件事，不涉及其他事物）
三、设计模式缺点
代码的复杂度增加，增加了学习和阅读的负担，设计模式在一定程序会降低代码运行效率（对于带来的优点其下降运行效率一般可忽略）。
应用设计模式不当导致的代码灵活性、可复用性、可读性下降。
四、设计模式中的抽象思维
抽象思维强调对象的本质属性，主要用于一些软件设计中的解耦合的过程。
抽象思维的概念：能从事物中抽取出或者提炼出一些本质的，共性的内容，把这些共性的内容组合到一起封装成一个类或者方法。继承抽象类的子类都有不同的特点进行扩展。
五、抽象的方法
1、分解法：把一个复杂的事物分解成若干个单一功能的事物。
2、抽象法：从每个简单的事物中，抽象出本质的内容，封装起来。抽象法是设计模式的本质。
六、设计模式应用场景
通常应用于大型项目（几万到几十万行代码及以上项目），不建议应用于小型项目（小型项目要是适合也可使用设计模式）。对于大量重复性代码，需要使用设计模式进行设计，提高代码扩展性。
七、设计模式分类
常用的设计模式可以分为三大类：行为型模式、创建型模式、结构型模式
（1）创建型模式有6种：简单工厂模式(Simple Factory)、工厂方法模式(Factory Method)、抽象工厂模式(Abstract Factory)、单例模式(Singleton)、原型模式(Prototype)、建造者模式(Builder)。
（2）结构性模式有7种：装饰模式(Decorator)、外观模式(Facade)、组合模式(Composite)、享元模式(Flyweight)、代理模式(Proxy)、适配器模式(Adapter)、桥接模式(Bridge)
（3）行为型模式包括的设计模式有11种：模板方法模式(Template Method)、策略模式(Strategy)、观察者模式(Observer)、命令模式(Command)、迭代器模式(Iterator)、状态模式(State)、
中介模式(Mediator)、备忘录模式(Memento)、职责链模式(Chain Of Responsibility)、解释器模式(Interpreter)、访问者模式(Visitor)。
创建型模式定义：关注如何创建对象，将对象的创建和使用相互分离（解耦），取代传统对象创建方式带来的扩展性差的问题。
结构型模式：关注对象之间的关系。涉及如何组合各种对象以便获得更加灵活的结构，通过继承以及更多的关系组合获得更加灵活的程序结构。达到简化设计模式。
行为模式定义：关注对象的行为或者交互方面的内容，主要涉及算法和对象之间的职责分配。通过使用对象组合，行为模式可以描述一组对象如何协作来完成一个整体任务。
注意：设计模式代码一般不是一次设计设计好的，是多次修改而成。软件开发需求变化是频繁的，尝试寻找变化点，把变化部分和稳定部分分离开发，在变化的地方使用设计模式。
八、设计模式八大原则
任何设计模式的代码需要符合设计模式的原则，设计模式的原则如下：
1、依赖倒置原则（DIP）
（1）高层模块（稳定）不应该依赖于低层模块（变化），二者都应该依赖于抽象（稳定）。
（2）抽象（稳定）不应该依赖于实现细节（变化），实现细节应该依赖于抽象（稳定）。
（1）中的高层模块指的是调用低层变化的Caller类对象或者方法，变化的低层模块指的是待调用Concre1、Concret2、、、对象或方法。抽象指的是对具有共同特征一类事物的抽象类。
（2）中的抽象跟（1）一致。实现细节指的是继承于抽象的具体类的子类，并对基类中的虚函数进行重写override。抽象类中不能依赖子类中的变化。倒置原则较为重要，写个demo，如下：
#include <iostream>
#include <vector>
class AbsProduct
{
public:
virtual void color(){};
virtual ~AbsProduct(){};
};
class Caller
{
public:
std::vector<AbsProduct*>vecProducts; //高层模块依赖于抽象，使用指针，才可以使用多态应对变化。
void PrintProductColor(){
for(unsigned int i = 0;i < vecProducts.size(); i++)
{
vecProducts.at(i)->color();
}
};
};
class Product1: public AbsProduct
{
public:
virtual void color(){
std::cout << "Product1 color" << std::endl;
};
};
class Product2: public AbsProduct
{
public:
virtual void color(){
std::cout << "Product2 color" << std::endl;
};
};
int main()
{
Caller obj;
AbsProduct *pro1 = new Product1();
obj.vecProducts.push_back(pro1);
AbsProduct *pro2 = new Product2();
obj.vecProducts.push_back(pro2);
obj.PrintProductColor();
delete pro1;
pro1 = nullptr;
delete pro2;
pro2 = nullptr;
obj.vecProducts.clear();
return 0;
}
运行结果如下：
上述代码中的高层模块Caller是稳定的，低层模块是具体的产品Product1，产品Product2，产品Product3，，，等类型产品，特性是不同的。高层模块需要调用调用低层模块的接口， 而低层的多样不稳定，会使代码应对需求变化的改动较大。为使代码更具有应对变化的能力，将底层模块各种产品的共同属性抽象出一个类型，这样高层模块就会依赖抽象，低层模块也就依赖抽象，这样这个代码模块的可复用性就得到了加强。倒置是指高层的主程序调用依赖抽象接口，在抽象接口具体运行时的晚绑定的接口实现过程。
2、开放封闭原则（OCP）
（1）对扩展开放，对更改封闭。
（2）类模块应该是可扩展的，但是不可修改。
解释：（1）中的扩展指的是应对需求的变化可以创建一个继承父类的新类。对更改封闭指的是改变是在子类内部。
3、单一职责原则（SRP）
（1）一个类应该仅有一个引起它变化的原因。
（2）变化的方向隐含着该类的责任。
4、Liskov替换原则（LSP）
（1）子类必须能够替换它们的基类（IS-A）
（2）继承表达类型抽象。
注意：父类让子类继承的方法注意访问修饰符。
5、接口隔离原则（ISP）
（1）不应该强迫客户程序依赖它们不用的方法。（能用protected不用public）
（2）接口应该小而完备。
6、优先使用对象组合，而不是类继承
（1）类继承通常为“白箱复用”，对象组合通常为“黑箱复用”。
（2）继承在某种程度上破坏了封装性，子类父类耦合度高。
（3）而对象组合则只要求被组合的对象具有良好定义的接口，耦合度低。
7、封装变化点
使用封装来创建对象之间的分界层，让设计者可以在分界层的一侧进行修改，而不会对另一侧产生不良的影响，从而实现层次间的松耦合。
8、针对接口编程，而不是针对实现编程
（1）不将变量类型声明为某个特定的具体类，而是声明为某个接口。（具体类不是绝对化，如vector，string,等）
（2）客户程序无需获知对象的具体类型，只需要知道对象所具有的接口。
（3）减少系统中各部分的依赖关系，从而实现“高内聚，松耦合”的类型设计方案。
九、设计模式使用场景
1、如果代码设计中存在稳定和变化的结构，则可以使用设计模式来管理变化，提高复用。
2、如果代码设计中都是稳定结构，不存在变化结构部分，则不使用设计模式。
3、如果代码设计中都是变化结构，不存稳定的结构部分，则不使用设计模式。
附加知识
设计模式主要利用类的多态、继承、封装方法对事物进行抽象设计。并对共用的属性和方法抽象成基类，对变化的属性使用虚函数进行多态设计。对面向对象的相关知识点可以进行回顾
（1）C++面向对象三种访问修饰符
public: 允许该类函数、子类函数、友元函数、该类对象可以访问。
protected：只允许该类函数、子类函数、友元函数可以访问。
private：只允许本类的成员函数可以访问。
具体可参考：
C++中public、protected、private的区别_风雨也无晴的博客-CSDN博客
友元(友元函数、友元类和友元成员函数) C++_夜雨听萧瑟的博客-CSDN博客
（2）父类析构函数必须为虚函数
定义父类对象初始化时，让父类对象实际指向子类。同时父类析构函数必须为虚函数，这样在父类对象析构时，不会调用子类的虚构函数，导致子类的对象不能释放，造成子类对象的内存泄露。具体可参考：为什么父类析构函数必须为虚函数_父类析构函数不是虚函数会怎么样_IM-STONE的博客-CSDN博客
（3）override关键字使用
在子类中重写父类的虚函数时，在其后面加上override关键字，如果父类不存在该虚函数，则编译不通过。
class A
{
public:
virtual void FunA()=0; //纯虚函数，子类必须实现该函数。
virtual int FunB(){}; //虚函数，子类可以重写，也可以不用重写
}
class B:public A
{
public:
void FunA()override{};
int FunB()override{};
}C++:重载，重定义，重写的区别_重定义和重写的区别__来信的博客-CSDN博客
（4）final关键字使用
如果当前类不能有派生类，则可以在类后面添加关键字final；如果不想该虚函数不被重写，在该虚函数后面添加final。如果继承final类或者重载final修饰的函数，会导致编译报错。
class A final //用法1：该类不能被继承。
{}
class B
{
public:
virtual void fun()final{}; //用法2：该虚函数不能被重写。
}C++ final关键字_mayue_csdn的博客-CSDN博客
（5）父类对象可以与子类对象相互转化吗？
父类对象与子类对象可以相互转换，前提是父类对象一定是用子类对象初始化的。子类对象是对父类对象的扩展，子类属性一般是大于父类属性。
具体分析可参考：父类对象和子类对象之间可以相互转换吗_父对象转成子对象_扶公瑾以苏的博客-CSDN博客
（6）虚函数、虚函数表介绍
可参考下面链接
(超重要)构造函数为什么不能为虚函数？析构函数为什么要虚函数？_构造函数能不能为虚函数_HeisenbergWDG的博客-CSDN博客
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