C++庫函數中的設計模式應用

在C++庫函數中，設計模式被廣泛地應用于解決各種問題和提高代碼質量。以下是一些常見的設計模式及其在C++庫函數中的應用：

1. 單例模式（Singleton Pattern）： 單例模式確保一個類只有一個實例，并提供一個全局訪問點來獲取該實例。在C++標準庫中，std::cout和std::cin就是典型的單例模式應用。這些對象都是std::ostream和std::istream類的實例，分別表示標準輸出和標準輸入流。

   std::cout << "Hello, World!"<< std::endl; // 使用單例模式的 std::cout
   

2. 工廠模式（Factory Pattern）： 工廠模式是一種創建型設計模式，它提供了一種創建對象的最佳方式。在C++標準庫中，std::make_shared和std::make_unique函數就是工廠模式的應用。這些函數用于創建std::shared_ptr和std::unique_ptr智能指針實例。

   auto ptr = std::make_shared<MyClass>(); // 使用工廠模式創建共享指針
   

3. 觀察者模式（Observer Pattern）： 觀察者模式定義了一種一對多的依賴關系，當一個對象（被觀察對象）的狀態發生變化時，所有依賴于它的對象（觀察者）都會得到通知并自動更新。在C++標準庫中，std::function和std::bind可以用于實現觀察者模式。

   #include<iostream>
   #include<functional>
   #include<vector>
   
   class Subject {
   public:
       void subscribe(std::function<void()> observer) {
           observers.push_back(observer);
       }
   
       void notify() {
           for (const auto& observer : observers) {
               observer();
           }
       }
   
   private:
       std::vector<std::function<void()>> observers;
   };
   

4. 適配器模式（Adapter Pattern）： 適配器模式允許將一個類的接口轉換為客戶端期望的另一個接口。在C++標準庫中，std::stack、std::queue和std::priority_queue容器適配器就是適配器模式的應用。這些適配器使得我們可以使用不同的數據結構（如std::deque、std::vector等）作為底層容器，從而改變隊列、棧或優先隊列的行為。

   std::stack<int, std::vector<int>> s; // 使用適配器模式將 std::vector 作為底層容器
   

5. 裝飾器模式（Decorator Pattern）： 裝飾器模式允許在不修改原始類的情況下，動態地添加新的功能或修改現有功能。在C++標準庫中，std::istream和std::ostream類的派生類（如std::ifstream、std::ofstream等）可以視為裝飾器模式的應用。這些派生類為基本的輸入/輸出流添加了額外的功能，如文件操作。

   std::ifstream file("example.txt"); // 使用裝飾器模式為 std::istream 添加文件操作功能
   

這些設計模式在C++庫函數中的應用可以幫助我們編寫更加靈活、可擴展和可維護的代碼。