适合C语言设计模式的书籍

时间: 2023-10-06 20:14:26 浏览: 402

C语言设计模式 PDF《C Design Pattern》

### C语言设计模式知识点概述 #### 一、C语言与设计模式在计算机科学领域，设计模式是指在软件设计过程中解决常见问题的一套被广泛接受的解决方案。虽然设计模式最初是在面向对象编程语言中被广泛应用的，但也可以应用于像C这样的过程化语言。 **1.1 继承性** 尽管C语言本身并不支持类或对象的概念，因此也就没有直接的继承机制。然而，在C中可以通过结构体来实现类似的功能。例如，通过创建一个基础结构体，并在其基础上扩展出新的结构体，可以模拟出一种类似于继承的行为。 **1.2 封装性** 封装是隐藏对象内部状态的一种方法，只暴露有限的接口供外部访问。在C语言中，可以通过将数据结构声明为`struct`并在头文件中仅公开必要的函数接口来实现封装。这样可以控制对结构体成员的访问，确保只有通过定义好的接口才能操作这些成员。 **1.3 多态** 多态性通常指允许不同类的对象对同一消息作出响应的能力。在C语言中实现多态的方法比较特殊，主要是通过函数指针或者宏定义来间接实现。例如，可以定义一个通用的处理函数，该函数接受一个函数指针作为参数，从而根据不同情况调用不同的处理逻辑。 #### 二、设计模式详解接下来详细介绍几个主要的设计模式及其在C语言中的实现： **2.1 单件模式** 单件模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。在C中，可以利用静态变量来实现单例模式。静态变量具有程序生命周期内的唯一性和持久性，非常适合用于单例模式。例如： ```c typedef struct { int data; } Singleton; static Singleton* singleton_instance = NULL; Singleton* get_singleton() { if (singleton_instance == NULL) { singleton_instance = malloc(sizeof(Singleton)); singleton_instance->data = 0; } return singleton_instance; } ``` **2.2 工厂模式** 工厂模式提供了一个创建对象的接口，但允许子类决定实例化哪一个类。在C中，可以使用函数指针来实现这一模式。通过定义一组创建不同对象类型的函数指针，可以在运行时根据需要选择创建特定类型的对象。 ```c typedef struct { void (*create)(void); } Factory; void create_type_a(void) { /* 创建TypeA实例 */ } void create_type_b(void) { /* 创建TypeB实例 */ } Factory factory_a = {create_type_a}; Factory factory_b = {create_type_b}; ``` **2.3 抽象工厂模式** 抽象工厂模式是一种更高级的工厂模式，它不仅提供创建对象的接口，还提供了一组相关或相互依赖对象的接口。在C中，可以使用多个函数指针数组来实现这一模式。 ```c typedef struct { void (*create_a)(void); void (*create_b)(void); } AbstractFactory; void create_a_type_a(void) { /* 创建TypeA的A实例 */ } void create_b_type_a(void) { /* 创建TypeA的B实例 */ } AbstractFactory factory_a = {create_a_type_a, create_b_type_a}; ``` **2.4 访问者模式** 访问者模式允许在不修改类结构的情况下添加新操作。在C中，可以通过传递函数指针来实现这一模式。 ```c typedef struct { void (*visit)(void); } Visitor; void visit_a(void) { /* 访问A类 */ } void visit_b(void) { /* 访问B类 */ } Visitor visitor_a = {visit_a}; Visitor visitor_b = {visit_b}; ``` **2.5 状态模式** 状态模式允许对象在其内部状态改变时改变它的行为。在C中，可以通过定义状态结构体并使用函数指针来模拟状态变化。 ```c typedef struct { void (*handle)(void); } State; void handle_state_a(void) { /* 处理状态A */ } void handle_state_b(void) { /* 处理状态B */ } State state_a = {handle_state_a}; State state_b = {handle_state_b}; ``` **2.6 命令模式** 命令模式将一个请求封装为一个对象，从而使用户可以用不同的请求来参数化对象。在C中，可以通过定义命令结构体和执行函数指针来实现这一模式。 ```c typedef struct { void (*execute)(void); } Command; void execute_command_a(void) { /* 执行命令A */ } void execute_command_b(void) { /* 执行命令B */ } Command command_a = {execute_command_a}; Command command_b = {execute_command_b}; ``` **2.7 解释器模式** 解释器模式定义了一种解释语言的文法，并构建一个解释器来解释这种语言中句子。在C中，可以通过构建语法树并遍历树节点来实现解释功能。 ```c typedef struct Node Node; struct Node { void (*interpret)(Node*); }; void interpret_addition(Node* node) { /* 解释加法表达式 */ } void interpret_subtraction(Node* node) { /* 解释减法表达式 */ } Node addition_node = {interpret_addition}; Node subtraction_node = {interpret_subtraction}; ``` **2.8 备忘录模式** 备忘录模式用来捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，这样以后就可以将该对象恢复到原先保存的状态。在C中，可以通过定义备忘录结构体来实现这一模式。 ```c typedef struct { int state; } Memento; void save_state(Memento* memento, int state) { memento->state = state; } int restore_state(Memento* memento) { return memento->state; } ``` **2.9 观察者模式** 观察者模式定义了对象之间的一对多依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。在C中，可以通过注册和取消注册观察者的函数指针数组来实现这一模式。 ```c typedef struct Observer Observer; struct Observer { void (*update)(void); }; void update_observer_a(void) { /* 更新观察者A */ } void update_observer_b(void) { /* 更新观察者B */ } Observer observer_a = {update_observer_a}; Observer observer_b = {update_observer_b}; ``` **2.10 桥接模式** 桥接模式将抽象部分与它的实现部分分离，使得它们可以独立变化。在C中，可以通过定义抽象层和实现层的结构体，并通过指向实现层结构体的指针来实现这一模式。 ```c typedef struct Abstraction Abstraction; typedef struct Implementor Implementor; struct Implementor { void (*operation)(void); }; struct Abstraction { Implementor* implementor; }; void operation_impl_a(void) { /* 实现A的操作 */ } void operation_impl_b(void) { /* 实现B的操作 */ } Implementor impl_a = {operation_impl_a}; Implementor impl_b = {operation_impl_b}; Abstraction abstraction_a = {&impl_a}; Abstraction abstraction_b = {&impl_b}; ``` **2.11 建造者模式** 建造者模式允许你逐步构建一个复杂的对象。在C中，可以通过定义建造者结构体和相应的建造函数来实现这一模式。 ```c typedef struct Builder Builder; typedef struct Product Product; struct Builder { void (*build_part_a)(Product*); void (*build_part_b)(Product*); }; struct Product { int part_a; int part_b; }; void build_part_a(Product* product) { /* 构建产品A部分 */ } void build_part_b(Product* product) { /* 构建产品B部分 */ } Builder builder = {build_part_a, build_part_b}; ``` **2.12 中介者模式** 中介者模式用来减少对象之间的交互。在C中，可以通过定义中介者结构体和相关对象结构体，并通过函数指针来实现这一模式。 ```c typedef struct Mediator Mediator; typedef struct Component Component; struct Component { void (*action)(Mediator*); }; struct Mediator { Component* component_a; Component* component_b; }; void action_component_a(Mediator* mediator) { /* 组件A的动作 */ } void action_component_b(Mediator* mediator) { /* 组件B的动作 */ } Component component_a = {action_component_a}; Component component_b = {action_component_b}; Mediator mediator = {&component_a, &component_b}; ``` 虽然C语言不是一种面向对象的语言，但是通过巧妙地运用其特性，仍然可以实现多种设计模式。这些设计模式不仅可以提高代码的复用性和可维护性，还能帮助开发者更好地组织和管理代码。

以下是适合C语言设计模式的书籍推荐： 1. 《设计模式：可复用面向对象软件的基础》（原书名：Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software）：该书是设计模式领域的经典之作，涵盖了23种设计模式，其中包括工厂模式、单例模式、适配器模式、装饰器模式等。虽然该书是以面向对象编程为基础，但其中的很多模式同样适用于C语言。 2. 《C语言设计模式》（原书名：C Design Patterns）：该书作者是Steve Metsker，他在书中介绍了一些常见的设计模式，并提供了C语言的实现示例。该书适合已经掌握C语言基础的读者阅读。 3. 《深入浅出设计模式》（原书名：Head First Design Patterns）：该书采用了很多图表和实例来演示设计模式的应用。虽然该书以Java语言为例，但其中的思想同样适用于C语言等其他编程语言。 4. 《C++设计模式》（原书名：C++ Design Patterns and Derivatives Pricing）：该书围绕金融衍生品定价展开，介绍了一些常见的设计模式，并提供了C++语言的实现示例。虽然该书以C++为例，但其中的很多思想同样适用于C语言。 5. 《设计模式解析》（原书名：Design Patterns Explained：A New Perspective on Object-Oriented Design）：该书作者是Alan Shalloway和James Trott，他们在书中介绍了一些常见的设计模式，并提供了C++语言的实现示例。虽然该书以C++为例，但其中的很多思想同样适用于C语言。

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