c++c++面试知识7——第七章设计模式

Posted 2021-06-02 超级无敌陈大佬的跟班

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了c++c++面试知识7——第七章设计模式相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

第七章设计模式

7.1 了解哪些设计模式？

7.2 ★什么是单例模式？如何实现？应用场景？

7.3 什么是工厂模式？如何实现？应用场景？

第七章设计模式

7.1 了解哪些设计模式？

面试高频指数：★★★★☆

《大话设计模式》一书中提到 24 种设计模式，这 24 种设计模式没必要面面俱到，但一定要深入了解其中的几种，最好结合自己在实际开发过程中的例子进行深入的了解。

设计模式有 6 大设计原则：

单一职责原则：就一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原因。
开放封闭原则：软件实体可以扩展，但是不可修改。即面对需求，对程序的改动可以通过增加代码来完成，但是不能改动现有的代码。
里氏代换原则：一个软件实体如果使用的是一个基类，那么一定适用于其派生类。即在软件中，把基类替换成派生类，程序的行为没有变化。
依赖倒转原则：抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象。即针对接口编程，不要对实现编程。
迪米特原则：如果两个类不直接通信，那么这两个类就不应当发生直接的相互作用。如果一个类需要调用另一个类的某个方法的话，可以通过第三个类转发这个调用。
接口隔离原则：每个接口中不存在派生类用不到却必须实现的方法，如果不然，就要将接口拆分，使用多个隔离的接口。

设计模式分为三类：

创造型模式：单例模式、工厂模式、建造者模式、原型模式
结构型模式：适配器模式、桥接模式、外观模式、组合模式、装饰模式、享元模式、代理模式
行为型模式：责任链模式、命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板方法模式、访问者模式

下面介绍常见的几种设计模式：

单例模式：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
工厂模式：包括简单工厂模式、抽象工厂模式、工厂方法模式

简单工厂模式：主要用于创建对象。用一个工厂来根据输入的条件产生不同的类，然后根据不同类的虚函数得到不同的结果。
工厂方法模式：修正了简单工厂模式中不遵守开放封闭原则。把选择判断移到了客户端去实现，如果想添加新功能就不用修改原来的类，直接修改客户端即可。
抽象工厂模式：定义了一个创建一系列相关或相互依赖的接口，而无需指定他们的具体类。

观察者模式：定义了一种一对多的关系，让多个观察对象同时监听一个主题对象，主题对象发生变化时，会通知所有的观察者，使他们能够更新自己。
装饰模式：动态地给一个对象添加一些额外的职责，就增加功能来说，装饰模式比生成派生类更为灵活。

7.2 ★什么是单例模式？如何实现？应用场景？

面试高频指数：★★★★★

单例模式：保证类的实例化对象仅有一个，并且提供一个访问他的全局访问点。

应用场景：

表示文件系统的类，一个操作系统一定是只有一个文件系统，因此文件系统的类的实例有且仅有一个。
打印机打印程序的实例，一台计算机可以连接好几台打印机，但是计算机上的打印程序只有一个，就可以通过单例模式来避免两个打印作业同时输出到打印机。

实现方式：
单例模式可以通过全局或者静态变量的形式实现，这样比较简单，但是这样会影响封装性，难以保证别的代码不会对全局变量造成影响。

默认的构造函数、拷贝构造函数、赋值构造函数声明为私有的，这样禁止在类的外部创建该对象；
全局访问点也要定义成静态类型的成员函数，没有参数，返回该类的指针类型。因为使用实例化对象的时候是通过类直接调用该函数，并不是先创建一个该类的对象，通过对象调用。

不安全的实现方式：
原因：考虑当两个线程同时调用 getInstance 方法，并且同时检测到 instance 是 NULL，两个线程会同时实例化对象，不符合单例模式的要求。

class Singleton{
private:
    static Singleton * instance;
    Singleton(){}
    Singleton(const Singleton& tmp){}
    Singleton& operator=(const Singleton& tmp){}
public:
    static Singleton* getInstance(){
        if(instance == NULL){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
};
Singleton* Singleton::instance = NULL;

分类：

懒汉模式：直到第一次用到类的实例时才去实例化，上面是懒汉实现。
饿汉模式：类定义的时候就实例化。

1、线程安全的懒汉模式实现：

方法1：加锁

存在的问题：每次判断实例对象是否为空，都要被锁定，如果是多线程的话，就会造成大量线程阻塞。

class Singleton{
private:
    static pthread_mutex_t mutex;
    static Singleton * instance;
    Singleton(){
        pthread_mutex_init(&mutex, NULL); 
    }
    Singleton(const Singleton& tmp){}
    Singleton& operator=(const Singleton& tmp){}
public:
    static Singleton* getInstance(){
        pthread_mutex_lock(&mutex);    "上锁"
        if(instance == NULL){            
            instance = new Singleton();            
        }
        pthread_mutex_unlock(&mutex);   "解锁"
        return instance;
    }
};
Singleton* Singleton::instance = NULL;
pthread_mutex_t Singleton::mutex;

方法2：内部静态变量，在全局访问点 getInstance 中定义静态实例。

class Singleton{
private:
    static pthread_mutex_t mutex;
    Singleton(){
        pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    }
    Singleton(const Singleton& temp){}
    Singleton& operator=(const Singleton& temp){}
public:
    static Singleton* getInstance(){ "静态变量"
        static Singleton instance;
        return &instance;
    }
};
pthread_mutex_t Singleton::mutex;

1、线程安全的饿汉模式实现：

饿汉模式本身就是线程安全的不用加锁。

class Singleton{
private:
    static Singleton* instance;
    Singleton(const Singleton& temp){}
    Singleton& operator=(const Singleton& temp){}
protected:
    "构造函数设为保护的属性"
	 Singleton(){} 
public:
    static Singleton* getInstance(){ 
        return instance;    
    }
};
Singleton* Singleton::instance = new Singleton();