C++面试题：如何实现设计模式？

在C++面试中，设计模式是一个经常被提及的话题。掌握设计模式不仅有助于提高代码的可读性和可维护性，还能体现开发者对软件工程的深刻理解。本文将深入探讨如何在C++中实现设计模式，帮助读者在面试中脱颖而出。

一、设计模式概述

设计模式是软件工程中解决常见问题的经验总结。它可以帮助开发者编写出更加优雅、可维护的代码。在C++中，常见的几种设计模式包括：

单例模式（Singleton）：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
工厂模式（Factory）：创建对象时，不直接实例化对象，而是通过工厂类来创建对象。
观察者模式（Observer）：当一个对象的状态发生变化时，所有依赖于它的对象都会得到通知。
策略模式（Strategy）：定义一系列算法，将每个算法封装起来，并使它们可以互换。

二、单例模式实现

1. 饿汉式

class Singleton {

public:

    static Singleton& getInstance() {

        static Singleton instance;

        return instance;

    }



private:

    Singleton() {}

    Singleton(const Singleton&) = delete;

    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

};

2. 懒汉式

class Singleton {

public:

    static Singleton* getInstance() {

        static Singleton* instance = nullptr;

        if (instance == nullptr) {

            instance = new Singleton();

        }

        return instance;

    }



private:

    Singleton() {}

    Singleton(const Singleton&) = delete;

    Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

};

三、工厂模式实现

class ProductA {

public:

    void operation() {

        // ...

    }

};



class ProductB {

public:

    void operation() {

        // ...

    }

};



class Factory {

public:

    static ProductA* createProductA() {

        return new ProductA();

    }



    static ProductB* createProductB() {

        return new ProductB();

    }

};

四、观察者模式实现

class Observer {

public:

    virtual void update() = 0;

};



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 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();

        }

    }

};



class ConcreteObserver : public Observer {

public:

    void update() override {

        // ...

    }

};

五、策略模式实现

class Strategy {

public:

    virtual void execute() = 0;

};



class ConcreteStrategyA : public Strategy {

public:

    void execute() override {

        // ...

    }

};



class ConcreteStrategyB : public Strategy {

public:

    void execute() override {

        // ...

    }

};



class Context {

private:

    Strategy* strategy;



public:

    Context(Strategy* strategy) : strategy(strategy) {}



    void setStrategy(Strategy* strategy) {

        this->strategy = strategy;

    }



    void executeStrategy() {

        strategy->execute();

    }

};

六、案例分析

以下是一个使用观察者模式的案例：

class WeatherStation {

private:

    float temperature;

    float humidity;

    std::vector observers;



public:

    void attach(Observer* observer) {

        observers.push_back(observer);

    }



    void detach(Observer* observer) {

        observers.erase(std::remove(observers.begin(), observers.end(), observer), observers.end());

    }



    void notify() {

        for (Observer* observer : observers) {

            observer->update();

        }

    }



    void setTemperature(float temperature) {

        this->temperature = temperature;

        notify();

    }



    void setHumidity(float humidity) {

        this->humidity = humidity;

        notify();

    }

};



class WeatherDisplay : public Observer {

private:

    float temperature;

    float humidity;



public:

    void update() override {

        // 更新显示信息

    }

};

在这个案例中，WeatherStation 类是一个被观察者，而 WeatherDisplay 类是一个观察者。当 WeatherStation 的温度或湿度发生变化时，它会通知所有观察者，并更新它们的显示信息。

通过以上分析，相信读者已经对如何在C++中实现设计模式有了深入的了解。在面试中，掌握这些设计模式将有助于你更好地展示自己的编程能力。