设计模式入门

本课属于 Coddy C++ 学习旅程的“面向对象编程”单元。第 90 课，共 104 课。

设计模式是经过验证、可重复使用的解决方案，用于解决软件设计中常见的问题。它们不是可以直接复制的代码，而是描述如何构建类和对象以优雅地解决特定挑战的模板或蓝图。

这个概念由“四人帮”（GoF）在他们 1994 年出版的书中推广开来。该书整理了 23 种基础模式。这些模式通常分为三类：

类别	用途	示例
创建型	对象创建机制	Singleton、Factory、Builder
结构型	类和对象的组合	Adapter、Decorator、Composite
行为型	对象交互和职责	Observer、Strategy、Command

为什么要学习设计模式？设计模式为开发者提供了共同的词汇，说“这里使用 Factory”就能立即传达一个复杂的想法。它们还能帮你避免重复造轮子，让代码更灵活、更易维护。

在 C++ 中，设计模式会利用你已经学过的面向对象编程特性：继承、多态、抽象类和模板。在接下来的几节课中，你将实现几种重要的设计模式，并了解每种模式适用于什么场景。

挑战

简单

让我们来构建一个简单的模式分类器，展示你对三种设计模式类别的理解。你将创建一个系统，输入模式名称后，判断它属于哪种类别：Creational、Structural 或 Behavioral，并简要说明该类别的用途。

你需要将代码分散到三个文件中：

PatternCategory.h：定义一个名为 PatternCategory 的抽象基类，用来表示一种设计模式类别。它应包含：
- 一个纯虚方法 getName()，以字符串形式返回类别名称
- 一个纯虚方法 getPurpose()，返回对该类别中模式用途的描述
- 一个虚析构函数
然后，创建三个继承自 PatternCategory 的派生类：
- CreationalCategory：返回名称 "Creational"，用途为 "Object creation mechanisms"
- StructuralCategory：返回名称 "Structural"，用途为 "Class and object composition"
- BehavioralCategory：返回名称 "Behavioral"，用途为 "Object interaction and responsibility"
PatternClassifier.h：创建一个 PatternClassifier 类，用来判断给定模式所属的类别。
你的分类器应包含一个 classify 方法，接收模式名称（字符串），并返回指向相应 PatternCategory 的指针。使用智能指针（std::unique_ptr）管理内存。

分类器应识别以下模式：
- Creational：Singleton、Factory、Builder
- Structural：Adapter、Decorator、Composite
- Behavioral：Observer、Strategy、Command
如果无法识别模式名称，则返回 nullptr。
main.cpp：读取一个输入，即设计模式的名称。
创建一个 PatternClassifier，并用它对输入的模式进行分类。如果模式能够识别，则打印：
```
[PatternName] is a [CategoryName] pattern
Purpose: [CategoryPurpose]
```
如果无法识别该模式，则打印：
```
Unknown pattern: [PatternName]
```

例如，输入 Singleton 时：

Singleton is a Creational pattern
Purpose: Object creation mechanisms

输入 Observer 时：

Observer is a Behavioral pattern
Purpose: Object interaction and responsibility

输入 Proxy 时：

Unknown pattern: Proxy

这个挑战将巩固你对三种设计模式类别的理解，同时让你练习继承、多态和智能指针，这些概念你都已经掌握。多文件结构也体现了真实项目组织相关类的方式。

亲手试试

#include <iostream>
#include <string>
#include "PatternClassifier.h"

int main() {
    // 读取模式名称
    std::string patternName;
    std::cin >> patternName;
    
    // TODO：创建一个 PatternClassifier 实例
    
    // TODO：使用分类器对输入的模式进行分类
    
    // TODO：如果模式被识别，输出：
    // "[PatternName] is a [CategoryName] pattern"
    // "Purpose: [CategoryPurpose]"
    
    // TODO：如果模式未被识别（nullptr），输出：
    // "Unknown pattern: [PatternName]"
    
    return 0;
}

自我测试

这节课包含一个小测验。开始学习即可作答，并记录你的进度。

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