一、设计模式到底是什么？

先说说我的理解。设计模式，说白了就是「前人踩过的坑，总结出来的套路」。

我记得刚入行那会儿，写代码全靠直觉。一个类能塞几百行，一个函数能传七八个参数。后来项目越做越大，改一个功能要动十几个文件，改完还总出 bug。那时候我才意识到——写代码不能光靠蛮力。

设计模式就是一套「软件工程中的最佳实践」。它不是代码，不是库，而是一种思想。它告诉你：在某种场景下，用某种结构去组织代码，能让你的系统更灵活、更易维护。

GoF（Gang of Four，四人帮）在 1994 年出版了《设计模式：可复用面向对象软件的基础》，里面总结了 23 种经典模式。这 23 种模式，到今天依然是 C++ 开发者的必修课。

二、GoF 23 种设计模式分类

这 23 种模式，按用途分成三大类：创建型、结构型、行为型。我习惯用一句话记：「怎么造、怎么搭、怎么动」。

2.1 创建型模式（5 种）

解决「对象怎么创建」的问题。说白了，就是让你别到处 new。

• 单例模式：全局只有一个实例。我项目中用过一个日志管理器，整个进程只允许一个实例写文件。
• 工厂方法：定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类。
• 抽象工厂：创建一组相关或依赖的对象。比如跨平台 UI 库，Windows 下创建 Windows 风格的按钮，Linux 下创建 Linux 风格的。
• 建造者模式：分步骤构建复杂对象。比如组装一台电脑，CPU、内存、硬盘可以自由搭配。
• 原型模式：通过拷贝已有对象来创建新对象。适合创建成本高的对象。

2.2 结构型模式（7 种）

解决「类和对象怎么组合」的问题。说白了，就是怎么搭积木。

• 适配器模式：让接口不兼容的类能一起工作。我曾经把一个旧系统的日志接口封装成新接口，用的就是适配器。
• 桥接模式：将抽象部分与实现部分分离。比如画图程序，形状和颜色可以独立变化。
• 组合模式：将对象组合成树形结构。文件系统就是典型例子。
• 装饰器模式：动态给对象添加新功能。比如给咖啡加糖、加奶。
• 外观模式：为复杂子系统提供统一接口。我经常用这个模式封装第三方库。
• 享元模式：共享细粒度对象，减少内存占用。比如游戏中的子弹、粒子效果。
• 代理模式：控制对对象的访问。比如懒加载、权限控制。

2.3 行为型模式（11 种）

解决「对象之间怎么通信、怎么分配职责」的问题。说白了，就是怎么动起来。

• 责任链模式：多个对象依次处理请求。比如审批流程，组长→经理→总监。
• 命令模式：将请求封装成对象。支持撤销、重做。
• 解释器模式：定义语言的文法，并解释执行。比如 SQL 解析器。
• 迭代器模式：提供统一方式遍历集合。C++ STL 的迭代器就是典型。
• 中介者模式：用一个中介对象封装对象间的交互。比如聊天室。
• 备忘录模式：保存对象状态，支持恢复。游戏存档就是。
• 观察者模式：一对多依赖，状态变化时通知所有观察者。我项目中用这个做事件驱动。
• 状态模式：对象行为随状态改变。比如 TCP 连接的状态机。
• 策略模式：定义一系列算法，可以互相替换。比如排序算法可以动态切换。
• 模板方法模式：定义算法骨架，子类实现具体步骤。
• 访问者模式：在不改变元素类的前提下，为元素添加新操作。

三、为什么 C++ 需要设计模式？

你可能会问：C++ 本身已经很灵活了，有模板、多态、RAII，为什么还要学设计模式？

嗯，这个问题我当年也想过。后来在项目中吃了亏才明白——语言特性是工具，设计模式是方法论。

3.1 C++ 的复杂性需要模式来约束

C++ 太灵活了。你可以用指针、引用、模板、虚函数、lambda……但灵活也意味着容易失控。设计模式给了一套「约定俗成」的写法，让团队协作时少踩坑。

我曾经接手过一个项目，里面全是裸指针和手动 new/delete，代码像蜘蛛网一样。后来用工厂模式 + RAII 重构，代码清晰多了。

3.2 设计模式弥补 C++ 的某些不足

比如 C++ 没有内置的「观察者」机制，但你可以用观察者模式自己实现。再比如 C++ 的虚函数可以实现策略模式，但如果你用模板 + 策略模式，性能还能更高。

3.3 设计模式让代码「可读、可测、可维护」

说白了，设计模式不是为了炫技。它是为了让你的代码：

• 可读：别人一看就知道你在干什么
• 可测：每个模块可以独立测试
• 可维护：改一个功能不会牵一发动全身

四、知识体系总览

下面这张图，是我自己整理的「设计模式知识体系」。你可以把它当作学习地图。

五、一个简单的例子：为什么不用设计模式会痛苦？

假设你要写一个日志系统。一开始只输出到控制台，很简单：

class Logger {
public:
    void log(const std::string& msg) {
        std::cout << msg << std::endl;
    }
};

后来需求变了：还要写文件。你加了个参数：

class Logger {
public:
    void log(const std::string& msg, bool toFile = false) {
        if (toFile) {
            // 写文件...
        } else {
            std::cout << msg << std::endl;
        }
    }
};

再后来，要支持网络日志、数据库日志、加密日志……这个类会变成什么样子？

嗯，我见过一个项目里的 Logger 类，光 log 方法就有 200 行，if-else 嵌套了 5 层。每次加新功能，都要改这个类，改完还要回归测试所有功能。

如果用设计模式呢？

• 策略模式：把日志输出方式抽成策略，可以动态切换
• 装饰器模式：给日志加加密、加缓冲，一层套一层
• 单例模式：确保全局只有一个日志实例

你看，设计模式不是让你多写代码，而是让你少改代码。

---

公众号：蓝海资料掘金营，微信 deep3321