C++ 設計模式精講：七大行為型模式完整實現

行為型模式關注對象之間的通訊與職責分配。本文一次呈現 7 種經典行為型模式的 C++ 實現：Iterator、Template Method、Strategy、State、Observer、Command、Memento，每種模式均附帶 UML 說明、核心代碼與 Main.cpp 測試案例，適合快速查閱與實戰參考。

1. Iterator 模式 —— 統一遍歷介面

意圖：封裝聚合對象內部結構，提供統一遍歷介面，不暴露內部表示。

// PlayerManager 內嵌 Iterator 類別
struct Iterator {
    Iterator(std::vector<Player*>* ref) : mref(ref), mIndex(0) {}
    Player* operator*() { return (*mref)[mIndex]; }
    Iterator& operator++() { ++mIndex; return *this; }
    bool operator!=(const Iterator& o) { return mIndex != o.mIndex; }
    // ...
};
// Client 代碼
for (auto it = mgr.Begin(); it != mgr.End(); ++it) {
    int id = (*it)->mPID; delete *it;
}

應用：STL 所有容器迭代器、資料庫游標、檔案系統遍歷。

2. Template Method 模式 —— 骨架固定，細節延遲

意圖：在基類定義演算法骨架（FrameMethod），將具體步驟（SubMethod1/2）延遲到子類實現。

class TopFrame {
public:
    void FrameMethod() { SubMethod1(); SubMethod2(); } // 非虛函數封裝流程
protected:
    virtual void SubMethod1() = 0;
    virtual void SubMethod2() = 0;
};
class Sub1 : public TopFrame { /* 實現具體步驟 */ };

關鍵：FrameMethod 為 non-virtual，防止子類破壞流程；子類只能覆寫 protected virtual 步驟。

3. Strategy 模式 —— 運行期切換演算法

意圖：定義一族演算法（場景），封裝並使其可互換。App 持有 Scene*，透過 SwitchScene 動態切換。

class Scene { virtual void Init()=0; virtual void Update()=0; virtual void Render()=0; virtual void Destroy()=0; };
class App {
    Scene* mp = nullptr;
public:
    void SwitchScene(Scene* p) { if(mp) mp->Destroy(); mp=p; mp->Init(); }
    void Run() { if(mp) { mp->Update(); mp->Render(); } }
};

場景：遊戲場景切換、武器切換、壓縮演算法選擇、付費策略。

4. State 模式 —— 狀態驅動行為變化

意圖：對象內部狀態改變時行為隨之改變，避免大量 if-else/switch。

class M16_Rifle {
    M16_State *mpCurr, *mpNormal, *mpMuffler;
    int mPower = 50;
public:
    void Fire() { mpCurr->FireAudio(); }
    void SwitchFireMode() {
        mpCurr = (mpCurr == mpNormal) ? mpMuffler : mpNormal;
        mpCurr->AdjustPower(this); // 狀態進入時調整屬性
    }
};

優於 bool 標誌：狀態類封裝專屬邏輯（音效、火力），新增狀態只需新增類，符合開閉原則。

5. Observer 模式 —— 發布/訂閱解耦

意圖：一對多依賴，主題（晶礦）變化時自動通知所有觀察者（重工廠、兵營）。

template<typename T> class IObservable {
    std::set<IObserver<T>*> mObservers;
public:
    void AddObserver(IObserver<T>* o) { mObservers.insert(o); }
    void NotifyObservers(T ctx) { for(auto o:mObservers) o->Update(ctx); }
};
class Crystal : public IObservable<u32> { /* 采礦時 NotifyObservers(count) */ };
class Factory : public IObserver<u32> { void Update(u32 c) { if(c>200) /* 可建造 */ } };

應用：GUI 事件系統、訊息總線、股票行情推播、日誌框架。

6. Command 模式 —— 將請求封裝為對象

意圖：將操作（移動、攻擊、採礦）封裝為命令對象，支援撤銷/重做、佇列、日誌。

class Command { virtual void Execute() = 0; };
class MoveCommand : public Command { SCV* mp; int mx, my; void Execute() { mp->Move(mx,my); } };
class Commander {
    Command *mv, *atk, *rd, *mn, *st;
public:
    void Move() { mv->Execute(); } /* ... */
};

擴展：命令存入 std::stack 即可實現 Undo/Redo。

7. Memento 模式 —— 捕獲並恢復內部狀態

意圖：在不破壞封裝前提下，捕獲對象內部狀態並外部化儲存，以便日後恢復。

template<typename T> class Memento {
    T* mpt;
public:
    Memento(T* pt) : mpt(new T(*pt)) {}
    ~Memento() { delete mpt; }
    T* GetData() { return mpt; }
};
class Setting {
    Memento<Setting>* CreateRestore() { return new Memento<Setting>(this); }
    void Restore(Memento<Setting>* p) { /* 從 mpt 複製資料 */ }
};

測試輸出：

多次 CreateRestore / Restore 可實現多級回滾（如設置面板的「重置」、「撤銷」）。

模式對照表

未完待續……後續將補充結構型與創建型模式實戰。