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曜彤.手记

随记,关于互联网技术、产品与创业

吉 ICP 备10004938号

“数据结构类”设计模式(C++)


常常有一些组件在内部具有特定的数据结构,如果让客户程序依赖这些特定的数据结构,将极大地破坏组件的复用。这时候,将这些特定数据结构封装在内部,在外部提供统一的接口,来实现与特定数据结构无关的访问,是一种行之有效的解决方案。

Composite 模式(Composite)

软件在某些情况下,客户代码过多地依赖于对象容器复杂的内部实现结构,对象容器内部实现结构(而非抽象接口)的变化将引起客户代码的频繁变化,带来了代码的高维护成本、高扩展成本等弊端。如何将“客户代码与复杂的对象容器结构”解耦?让对象容器自己来实现自身的复杂结构,从而使客户代码就像处理简单对象一样来处理复杂的对象容器?

模式定义:将对象组合成树形结构以表示“部分—整体”的层次结构。Composite 使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性(稳定)。

struct Component {
  virtual void process() = 0;
  virtual ~Component() {}
};
class Composite : public Component {
  std::list<std::shared_ptr<Component>> elements;
 public:
  Composite() : Component() {};
  void add(std::shared_ptr<Component> element) {
    elements.push_back(element);
  }
  void remove(std::shared_ptr<Component> element) {
    elements.remove(element);
  }
  void process() override {
    std::cout << "[process Composite]" << std::endl;
    for (auto &e : elements) {
      e->process();  // Composite / Leaf;
    }
  }
};
class Leaf : public Component {
  void process() override {
    std::cout << "[process Leaf]" << std::endl;
  };
};
int main(int argc, char** argv) {
  auto root = std::make_shared<Composite>();
  auto CompositeA = std::make_shared<Composite>();
  auto leafA = std::make_shared<Leaf>();
  auto leafB = std::make_shared<Leaf>();
  CompositeA->add(leafA);
  CompositeA->add(leafB);
  root->add(CompositeA);
  CompositeA->process();  // 处理该 Composite 节点,及其所有子节点(递归);
  return 0;
}

总结:

迭代器模式(Iterator)

在软件构建过程中,集合对象内部结构常常变化各异。但对于这些集合对象,我们希望在不暴露其内部结构的同时,可以让外部客户代码透明地访问其中包含的元素;同时这种“透明遍历”也为“同一种算法在多种集合对象上进行操作”提供了可能。使用 OOP 将这种遍历机制抽象为“迭代器对象”,为“应对变化中的集合对象”提供了一种优雅的方式。(听起来就是 C++ 迭代器的概念,外加泛型算法)

模式定义:提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素,而又不暴露(稳定)该对象的内部表示。

* 该模式(指 OOP 版本的实现方式)在 C++ 里已经过时,由于虚函数表的存在,导致虚函数的调用(next \ first \ isDone 等)导致的极大性能开销。新的 C++ STL 方式采用了模板多态(编译时)而非运行时多态。

总结:

职责链模式(Chain of Responsibility)

在软件构建过程中,一个请求可能被多个对象处理,但是每个请求在运行时只能有一个接受者,如果显式指定,将必不可少地带来请求发送者与接受者的紧耦合。如何使请求的发送者不需要指定具体的接受者?让请求的接受者自己在运行时来决定如何处理请求,从而使两者解耦。(有点像 DOM 事件的冒泡,挂监听器捕获、也像消费队列的形式,又像 Koajs 和 Expressjs 里的中间件。其实都是一样的。)

模式定义:使多个对象都有机会处理请求,从而避免请求的发送者和接受者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链,并沿着这条链传递请求,直到有一个对象处理它为止。

struct Request {};
struct ChainHandler {
  std::shared_ptr<ChainHandler> nextChainHandler;
  void sendRequestToNextHandler(Request& req) {
    if (nextChainHandler != nullptr) {
      nextChainHandler->handle(req);
    }    
  }
  virtual void handle(Request& req) = 0;
};
struct ChainHandlerA : public ChainHandler {
  void handle(Request& req) override {
    std::cout << "[ChainHandler A]" << std::endl;
    sendRequestToNextHandler(req);
  }
};
struct ChainHandlerB : public ChainHandler {
  void handle(Request& req) override {
    std::cout << "[ChainHandler B]" << std::endl;
    sendRequestToNextHandler(req);
  }
};
struct Chain {
  std::forward_list<std::shared_ptr<ChainHandler>> lst;  // 单向链表;
  void process(Request& req) {
    for (const auto& handler : lst) {
      handler->handle(req);  // 依次调用链中的 handler 来处理请求;
    }
  }
};
int main(int argc, char** argv) {
  Request req;
  Chain chain;
  chain.lst.push_front(std::make_shared<ChainHandlerA>());
  chain.lst.push_front(std::make_shared<ChainHandlerB>());
  chain.process(req);
  return 0;
}

总结:



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