C++語言特性對設計模式應用的影響

C 語言中多態性、模板程式設計和智慧指標等特性對設計模式應用的影響包括：多態性：允許策略模式和抽象工廠模式等設計模式中不同類別物件對相同呼叫做出不同回應。範本程式設計：用於建立處理不同類型事件的通用事件匯流排（觀察者模式）和定義操作框架（範本方法模式）。智慧指標：用於管理工廠方法模式和單例模式中動態分配的記憶體。

C 語言特性對設計模式應用的影響

C 是一門強大的物件導向程式語言，其獨特的語言特性與設計模式的應用有著密不可分的關係。本文將探究 C 語言的特性如何影響設計模式的應用，並透過實戰案例加以說明。

多態性

多態性是物件導向程式設計中至關重要的特性。它允許物件基於其類別繼承層次不同地回應相同的呼叫。在設計模式中，多態性廣泛應用於：

• #策略模式： 允許客戶端選擇和切換不同的策略，而無需修改客戶端程式碼。
• 抽象工廠模式： 允許客戶端建立產品族不同的對象，而無需指定它們的特定類別。

範例： 考慮一個提供不同檔案格式轉換功能的程式。我們可以使用策略模式設計一個 Converter 類，提供幾個策略，每個策略負責一種檔案格式的轉換。這樣，客戶端可以動態選擇所需的策略，並透過 Converter 類別進行轉換。

程式碼範例：

class Converter {
public:
    virtual void convert(const std::string& filename) = 0;
};

class TxtConverter : public Converter {
public:
    void convert(const std::string& filename) override {
        // 转换 txt 文件
    }
};

class PdfConverter : public Converter {
public:
    void convert(const std::string& filename) override {
        // 转换 pdf 文件
    }
};

// ...

int main() {
    Converter* converter = new TxtConverter();
    converter->convert("file.txt");

    converter = new PdfConverter();
    converter->convert("file.pdf");

    delete converter;
}

模板程式設計

C 的模板程式設計允許編寫具有通用類型參數的函數和類。它在設計模式中主要用於：

• 觀察者模式： 允許主題維護一個觀察者列表，以便當主題狀態變化時通知觀察者。
• 範本方法模式： 定義一個操作的框架，允許子類別重寫某些步驟。

範例： 考慮一個事件匯流排系統，它允許元件訂閱和發布事件。我們可以使用模板程式設計來建立通用事件匯流排類，它可以處理不同類型事件的訂閱和發布。

程式碼範例：

template <typename T>
class EventBus {
public:
    void subscribe(T subscriber) {
        subscribers.push_back(subscriber);
    }

    void publish(T event) {
        for (auto& subscriber : subscribers) {
            subscriber(event);
        }
    }

private:
    std::vector<T> subscribers;
};

// ...

int main() {
    EventBus<std::string> stringEventBus;
    auto subscriber1 = [](const std::string& event) { std::cout << "Received: " << event << '\n'; };
    auto subscriber2 = [](const std::string& event) { std::cout << "Received: " << event << ", again!\n"; };
    
    stringEventBus.subscribe(subscriber1);
    stringEventBus.subscribe(subscriber2);
    stringEventBus.publish("Hello, world!");

    return 0;
}

智慧指標

智慧指標是 C 中管理動態記憶體分配的有用工具。它們在設計模式中用於：

• 工廠方法模式： 允許建立產品的多個實現，而無需指定它們的特定類別。
• 單例模式： 確保建立一個物件類別的唯一實例。

範例： 考慮一個單例模式的實現，它確保只有一個 Settings 物件被建立並存取。

程式碼範例：

class Settings {
public:
    static std::shared_ptr<Settings> getInstance() {
        if (!instance) {
            instance = std::make_shared<Settings>();
        }
        return instance;
    }

private:
    Settings() = default;
    static std::shared_ptr<Settings> instance;
};

// ...

int main() {
    auto settings1 = Settings::getInstance();
    auto settings2 = Settings::getInstance();
    assert(settings1 == settings2);

    return 0;
}

總之，C 語言的特性，例如多態性、模板程式設計和智慧指針，對設計模式的應用產生了深遠的影響。這些特性允許開發人員創建靈活、可擴展和可維護的程式碼。

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