c++ 现代c++设计模式 c++20如何重新实现gof设计模式-C++-PHP中文网

现代c++用std::unique_ptr（单所有权）和std::shared_ptr（共享所有权+weak_ptr破循环）替代裸指针，结合concept约束接口、variant/visit替代虚函数visitor，以及constexpr+module优化builder/singleton，从类型系统和编译期保障资源安全与契约正确。

c++ 现代c++设计模式 c++20如何重新实现gof设计模式

std::unique_ptr 和 std::shared_ptr 怎么替代原始指针管理对象生命周期

GoF 原本依赖手动 new/delete 或工厂返回裸指针，现在容易内存泄漏或悬空。现代 C++ 用智能指针不是为了“更酷”，而是把资源归属写进类型系统里。

常见错误现象：std::shared_ptr 被无意识拷贝导致循环引用；std::unique_ptr 被传值后原变量变空却没意识到；工厂函数返回 std::shared_ptr 但实际只需要独占语义。

单所有权场景（如 Strategy、State 的具体实现类）优先用 std::unique_ptr：构造时用 std::make_unique，转移用 std::move
共享所有权（如 Observer 模式中多个观察者持有同一被观察者）才用 std::shared_ptr；若存在双向引用，一方必须用 std::weak_ptr 打破循环
工厂函数返回类型统一为 std::unique_ptr<base>，避免隐式转换到裸指针；调用方按需转成 shared_ptr，不默认“升权”

Concepts 如何约束模板化策略/迭代器/访问者接口

GoF 里 Strategy、Iterator、Visitor 都靠虚函数或约定实现，运行时才能发现不匹配。C++20 的 concept 把契约检查提前到编译期，不是锦上添花，是防止误用的关键防线。

使用场景：定义一个通用 Container 类型，要求所有传入的 Iterator 必须支持 operator++、operator* 和 operator!=；又或者 Visitor 必须提供针对每种元素类型的 visit 重载。

别写宽泛的 template<typename t></typename>，直接用 template<iterator t></iterator> 或自定义 concept，比如 template<convertibletovisitor>> void accept(T&& v)</convertibletovisitor>
concept 定义里只检查必要操作，不检查性能特征（比如是否 O(1)），那是文档和测试的事
注意 requires 表达式中调用的函数必须在 SFINAE 上安全，避免因未声明导致硬错误；建议先用 decltype 检查表达式有效性

std::variant + std::visit 替代 Visitor 模式的虚函数跳转

经典 Visitor 依赖双分派和虚函数表，开销不可忽略，且新增类型要改所有 visitor 实现。C++17 引入 std::variant 后，Visitor 模式可以变成纯静态分发——不是“换写法”，是彻底绕过虚调用路径。

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常见错误现象：用 std::variant 存多种派生类型，却仍通过基类指针访问；或 std::visit 传入的 lambda 没覆盖所有可能类型，导致编译失败但报错信息难读。

把原本的继承树扁平化为 std::variant<typea typeb typec></typea>，每个具体行为封装在独立 lambda 或 functor 中
std::visit 的 visitor 必须是 constexpr 友好、可复制的；如果需要捕获状态，用 [&state](auto&& arg) { ... }，别用 [=] 捕获大对象
配合 std::holds_alternative 和 std::get_if 做运行时类型检查时，优先考虑是否真需要——多数情况 std::visit 已足够

模块化与 constexpr 构造如何简化 Builder 和 Singleton

Builder 模式在 C++20 常被滥用成“链式调用炫技”，而 Singleton 更是常沦为全局状态污染源。现代做法不是消灭它们，而是用语言机制收窄作用域和初始化时机。

性能影响：传统 Singleton 的首次访问锁（double-checked locking）有原子操作开销；Builder 若每步都 new 对象，会触发多次堆分配。

Singleton 改用 inline static 变量 + constinit（若类型允许常量初始化），避免动态初始化竞争；禁止提供全局访问函数，只通过依赖注入传递
Builder 不再返回 this，改用返回新对象（Builder 是不可变值类型），最终 build() 返回 std::unique_ptr<product></product> 或直接返回 Product 值对象
C++20 模块（module）用来隔离 Builder 接口定义与具体实现，防止头文件泄露内部细节；但注意 MSVC 对模块的 ABI 稳定性支持仍有限