C++ 设计模式--模板模式、策略模式、观察者模式

现代软件设计特征：需求频繁变化

设计模式的要点是“寻找变化点”，在变化点应用设计模式，从而更好的应对需求变化。

1、 Template Method

在软件构建结构中，往往他有整体的稳定结构，但是各个子步骤确有变化的需求，或者因为固有的原因(比如框架和应用之间)而无法和任务的整体结构同时实现。
这个时候往往使用Template Method方法。

定义一个操作中算法的骨架（稳定），而将一些步骤延迟（变化）到子类（父类定义虚函数，在子类中具体实现）。使得子类可以不改变（复用）一个算法的结构即

可重定义override该算法的某些特定步骤。让框架调用应用程序而不是应用程序调用框架。“不要调用我让我来调用你”，晚绑定和早绑定的区别。

UML类图：

代码实例：

class Library {//稳定的数据结构，不会发生改变
  public:
    void step1() {}
    int step2() { return contrl;}
    void virtual step3() {}
    void step4() {}
    void virtual step5() {}
    
    void run() {
      step1();
      if(step2()) {
        step3();
      }   
      else {
        step5();
      }   

      for(int i = 10; i < 100; ++i) {
        step4();
      }   
    }   
    
    virtual ~Library() {}; 

    std::string name = "myname";
};

class Application1 : public Library {//  承载着不断变化的需求
  public:
    void step3() override { std::cout << this->name << std::endl; }
    void step5() override { std::cout << this->Library::name << std::endl; }
    std:: string name = "Application";
};

class Application2 : public Library {//  承载者不断变化的需求
  public:
    void step3() override {}
    void step5() override {}
}; 

 
int main() {
 Library *a = new Application1;
 a->run();
 delete a;
  return 0;
}
    

2、 策略模式（Strategy）

在软件构建的过程中，某些对象使用的算法可能多种多样，经常改变，如果将这些算法都编码到对象中去，将会使得对象变得异常复杂，而且有时候支持几乎不使用的算法也是一种性能负担。

问题：如何在运行的时候根据需要透明的改变算法？ 将算法与对象本身解耦合，从而避免上述问题？

定义：定义一系列算法，将他们一个个封装起来，而且他们可以相互替换（变化）。该模式使得算法可以独立于使用他们的应用程序（稳定）而变化（扩张，子类化）

UML类图：

代码实例：

class Strategy {
public:
  virtual int doOperation(int num1, int num2) {} // 基类中需要改写的方法
  virtual ~Strategy(){}
};

class plus final : public Strategy {// 不同的策略
public:
  int doOperation(int num1, int num2) {
    return num1 + num2;
  }
};

class multipl final : public Strategy {
public:
  int doOperation(int num1, int num2) {
    return num1 * num2;
  }
};

class minus final : public Strategy {
public:
  int doOperation(int num1, int num2) {
    return num1 - num2;
  }
};

class Context { //封装调用接口
public:
  Context(Strategy *init) :stra(init) {}
  int run(int num1, int num2) {
    return this->stra->doOperation(num1, num2);
  }
private:
  Strategy *stra;
};

 
int main() {
Context demo(new multipl);
std::cout << demo.run(10, 20) << std::endl; //使用调用接口中的基类指针多态的执行。
  return 0;
}

3、 观察者模式（Observer）

一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一个方面。将这些方面封装在独立的对象中使它们可以各自独立地改变和复用。
一个对象的改变将导致其他一个或多个对象也发生改变，而不知道具体有多少对象将发生改变，可以降低对象之间的耦合度。
一个对象必须通知其他对象，而并不知道这些对象是谁。

定义：定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。

UML类图：

代码示例：

enum class msg {
  RETURN1,
  RETURN2,
  RETURN3
};

class Observer {
  public:
    void virtual update(msg ms) = 0;
};

class ob1 : public Observer {
  public:
    void update(msg ms) {
      switch(ms) {
        case msg::RETURN1 :
        case msg::RETURN2 :
        case msg::RETURN3 :
          std::cout << "RETURN1" << std::endl;
        default:
          std::cout << "right" << std::endl;
      }
    }
};

class ob2 : public Observer {
  public:
    void update(msg ms) {
      switch(ms) {
        case msg::RETURN1 :
        case msg::RETURN2 :
        case msg::RETURN3 : {
          std::cout << "RETURN2" << std::endl;
          break;
        }
        default:
          std::cout << "erro ms2" << std::endl;
      }
    }
};

class ob3 : public Observer {
  public:
    void update(msg ms) {
      switch(ms) {
        case msg::RETURN1 :
        case msg::RETURN2 :
        case msg::RETURN3 : {
            std::cout << "RETURN3" << std::endl;
            break;
          }
        default:
          std::cout << "erro ms3" << std::endl;
      }
    }
};

class subject {
  public:
    void addob(Observer *ob) { obs.insert(ob);}
    void removeob(Observer *ob) {
      auto rob = obs.find(ob);
      if(rob != obs.end()){
        obs.erase(ob);
      }
      else std::cout << "erro no matching observer" << std::endl;
    }
    void update() {
      for(auto& ob : obs) {
        ob->update(ms);
      }
    }

    msg ms;
    std::set<Observer*> obs;
};

int main() {
 Observer *ob_1 = new ob1;
 Observer *ob_2 = new ob2;
 Observer *ob_3 = new ob3;
 subject *sub = new subject;
 sub->ms = msg::RETURN1;
 sub->addob(ob_1);
 sub->addob(ob_2);
 sub->addob(ob_3);
 sub->update();
 return 0;
}

observer：变化尽量通过调用方的多态机制，传递给被调用方，决定如何调用。