1. 依赖倒置
依赖倒置原则（Dependency Inversion Principle, DIP）是 SOLID 原则中的一项，其核心思想是通过抽象解耦高层模块和低层模块，使二者都依赖于抽象而非具体实现。
依赖反转/倒置的体现：传统依赖方向是高层模块直接调用低层模块，在源码级别上高层模块依赖低层细节模块。而 DIP 通过抽象反转这种依赖关系，使低层模块的实现在源码级别上依赖高层定义的抽象（视为高层模块的一部分）。
1.1 依赖倒置原则的核心
- 高层模块不直接依赖低层模块，二者都应依赖抽象（接口或抽象类，接口由高层模块定义，视为高层模块的一部分）。
- 抽象不依赖细节，细节（具体实现）应依赖抽象。
1.2 依赖倒置指导方针
- 变量不可以持有具体类的引用——改用工厂，避免直接使用 new 持有具体类的引用（new 具体类的操作都封装到工厂中）
- 不要让类派生自具体类——派生自抽象类或接口，这样就不依赖具体类了
- 不要覆盖基类中已经实现的方法——如果这样，说明不是一个真正适合被继承的抽象
1.3 示例
场景
- 高层模块
ReportGenerator需要生成报告，依赖数据获取功能。 - 低层模块
MySQLDatabase和SQLiteDatabase提供具体的数据操作。
传统实现（未遵循 DIP）
// 低层模块：直接依赖具体实现 class MySQLDatabase { public: void connect() { /* MySQL 连接逻辑 */ } std::string fetchData() { return "MySQL 数据"; } }; // 高层模块直接依赖低层具体类 class ReportGenerator { private: MySQLDatabase db; // 直接依赖具体实现 public: void generateReport() { db.connect(); auto data = db.fetchData(); std::cout << "报告数据: " << data << std::endl; } }; 问题：ReportGenerator 直接依赖 MySQLDatabase，更换数据库（如改用 SQLite）需修改高层代码。
遵循 DIP 的实现
- 定义抽象接口：
class Database { public: virtual ~Database() = default; virtual void connect() = 0; virtual std::string fetchData() = 0; }; - 低层模块实现接口：
class MySQLDatabase : public Database { public: void connect() override { /* MySQL 连接逻辑 */ } std::string fetchData() override { return "MySQL 数据"; } }; class SQLiteDatabase : public Database { public: void connect() override { /* SQLite 连接逻辑 */ } std::string fetchData() override { return "SQLite 数据"; } }; - 高层模块依赖抽象：
class ReportGenerator { private: Database& db; // 依赖抽象接口 public: ReportGenerator(Database& database) : db(database) {} // 依赖注入 void generateReport() { db.connect(); auto data = db.fetchData(); std::cout << "报告数据: " << data << std::endl; } }; - 使用示例：
int main() { MySQLDatabase mysqlDb; SQLiteDatabase sqliteDb; ReportGenerator report1(mysqlDb); // 使用 MySQL report1.generateReport(); ReportGenerator report2(sqliteDb); // 使用 SQLite report2.generateReport(); return 0; } 1.4 依赖倒置优势
- 解耦：高层模块不依赖低层具体实现，可灵活替换数据库（如新增
MongoDB只需实现Database接口）。 - 可维护性：修改低层代码（如优化
MySQLDatabase）不影响高层模块。 - 可测试性：可通过 Mock 对象（实现
Database接口）轻松测试ReportGenerator。
1.5 依赖倒置小结
依赖倒置原则通过抽象解耦模块，使依赖关系从“高层 → 低层”变为“高层 → 抽象 ← 低层”，从而提升系统的灵活性和可维护性。在 C++ 中，可通过抽象类（接口）和依赖注入（如构造函数传入接口指针/引用）实现这一原则。
2. 依赖注入 DI
依赖注入（Dependency Injection, DI）是一种将对象依赖关系的外部化技术，其核心思想是：对象不直接创建或管理自己的依赖，而是由外部（调用者或框架）提供依赖的实例。通过这种方式，代码的耦合度降低，灵活性和可测试性显著提高。
2.1 依赖注入的本质
- 控制反转（IoC）
依赖注入是控制反转的一种实现方式。传统代码中，对象自己控制依赖的创建（如new一个具体类），而依赖注入将这一控制权交给外部，实现“依赖被注入到对象中”。 - 依赖抽象而非实现
依赖注入通常结合接口或抽象类使用，确保对象依赖的是抽象，而非具体实现（符合依赖倒置原则）。
2.2 依赖注入的三种方式
1. 构造函数注入（最常用）
通过构造函数传递依赖，确保对象在创建时即具备完整依赖。
class NotificationService { private: MessageSender& sender; // 依赖抽象接口 public: NotificationService(MessageSender& sender) : sender(sender) {} // 构造函数注入 void sendMessage(const std::string& msg) { sender.send(msg); } }; 2. 属性注入（Setter 注入）
通过公开的成员属性或 Setter 方法动态设置依赖。
class NotificationService { public: void setSender(MessageSender& sender) { // Setter 注入 this->sender = &sender; } private: MessageSender* sender; }; 3. 方法注入
通过方法参数传递依赖，适用于临时或局部依赖。
class NotificationService { public: void sendMessage(MessageSender& sender, const std::string& msg) { // 方法注入 sender.send(msg); } }; 2.3 为什么需要依赖注入？
1. 解耦与可维护性
-
传统代码：对象内部直接创建依赖，导致紧耦合。
class UserService {
private:
MySQLDatabase db; // 直接依赖具体类
};
若需改用 `SQLiteDatabase`，必须修改 `UserService` 的代码。 - **依赖注入**：通过接口解耦，仅需注入不同实现。 ```cpp class UserService { private: Database& db; // 依赖抽象 public: UserService(Database& db) : db(db) {} }; 2. 可测试性
-
依赖注入允许在测试时替换为 Mock 对象。
class MockDatabase : public Database { /* 模拟实现 */ }; TEST(UserServiceTest) { MockDatabase mockDb; UserService service(mockDb); // 注入 Mock 对象 // 执行测试... }
3. 扩展性
-
新增功能时，只需实现新依赖并注入，无需修改现有代码。
class MongoDB : public Database { /* 新数据库实现 */ }; MongoDB mongoDb; UserService service(mongoDb); // 直接注入新依赖
2.4 C++ 依赖注入的实践技巧
1. 使用智能指针管理生命周期
避免裸指针导致的内存泄漏，使用 std::shared_ptr 或 std::unique_ptr。
cpp
class NotificationService { private: std::shared_ptr<MessageSender> sender; // 智能指针管理依赖 public: NotificationService(std::shared_ptr<MessageSender> sender) : sender(sender) {} }; 2. 结合工厂模式
通过工厂类集中管理依赖的创建逻辑。
class SenderFactory { public: static std::shared_ptr<MessageSender> createSender(const std::string& type) { if (type == "email") return std::make_shared<EmailSender>(); else return std::make_shared<SmsSender>(); } }; // 使用工厂创建依赖 auto sender = SenderFactory::createSender("email"); NotificationService service(sender); 3. 依赖注入容器（IoC Container）
在复杂项目中，使用容器自动管理依赖关系（如 Boost.DI）。
#include <boost/di.hpp> namespace di = boost::di; // 定义接口和实现 class Database { /* ... */ }; class MySQLDatabase : public Database { /* ... */ }; // 配置容器 auto injector = di::make_injector( di::bind<Database>().to<MySQLDatabase>() ); // 自动注入依赖 class UserService { public: UserService(Database& db) { /* ... */ } }; UserService service = injector.create<UserService>(); 2.5 依赖注入的常见误区
- 依赖注入 ≠ 工厂模式
工厂模式负责创建对象，而依赖注入负责传递对象。二者常结合使用，但目的不同。 - 依赖注入 ≠ 必须用框架
即使不用框架（如 Boost.DI），通过构造函数或参数传递依赖，也能实现依赖注入。 - 过度注入问题
若一个类需要注入过多依赖（如超过 4 个），可能设计存在问题，需考虑拆分职责。
2.6 依赖注入小结
-
依赖注入的核心：将依赖的创建和绑定从对象内部转移到外部。
-
核心价值：解耦、可测试、可扩展。
-
C++ 实现关键：
- 通过接口抽象依赖。
- 使用构造函数/智能指针传递依赖。
- 结合工厂模式或 IoC 容器管理复杂依赖关系。
3. 控制反转 IoC
IoC（Inversion of Control，控制反转） 是一种软件设计原则，其核心思想是将程序流程的控制权从开发者转移给框架或容器，以降低代码的耦合度，提高模块化和可维护性。它是实现依赖倒置原则（DIP）的关键机制，也是现代框架（如 Spring、.NET Core）和依赖注入（DI）容器的基础。
3.1 控制反转 IoC vs. 依赖注入 DI
- IoC（控制反转）：广义的设计原则，表示控制权转移的范式。其本质是将程序流程的控制权从开发者转移到框架或容器。
- DI（依赖注入）：IoC 的一种具体实现技术，通过外部传递依赖。
关系：
- 依赖注入是控制反转的实现方式之一。
- 控制反转还可以通过模板方法、回调（关联：好莱坞原则）等方式实现。
- 使用 IoC 容器（如 Boost.DI）自动管理复杂依赖关系。
4. 工厂模式
尽管依赖倒置和依赖注入都强调面向抽象编程，但在实际编码中仍需创建（new）具体底层组件（ConcreteClass）
工厂模式主要分为三种，严格来说包括 简单工厂模式、工厂方法模式 和 抽象工厂模式。以下是它们的核心区别、适用场景及 C++ 示例：
4.1 简单工厂模式（Simple Factory）
有时候简单工厂不被视为正式的设计模式，而是一个编程习惯。
核心思想
- 通过一个工厂类，根据传入的参数决定创建哪种具体产品对象。
- 不符合开闭原则（新增产品需修改工厂类逻辑）。
适用场景
- 产品类型较少且创建逻辑简单。
- 不需要频繁扩展新类型。
C++ 示例
// 抽象产品 class Shape { public: virtual void draw() = 0; virtual ~Shape() = default; }; // 具体产品 class Circle : public Shape { public: void draw() override { std::cout << "画一个圆形" << std::endl; } }; class Square : public Shape { public: void draw() override { std::cout << "画一个正方形" << std::endl; } }; // 简单工厂类 class ShapeFactory { public: static Shape* createShape(const std::string& type) { if (type == "circle") return new Circle(); else if (type == "square") return new Square(); else return nullptr; } }; // 使用示例 int main() { Shape* circle = ShapeFactory::createShape("circle"); circle->draw(); // 输出: 画一个圆形 delete circle; return 0; } 4.2 工厂方法模式（Factory Method）
核心思想
- 定义一个创建对象的抽象方法，由子类决定实例化哪个类。
- 符合开闭原则（新增产品只需新增子类工厂）。
适用场景
- 产品类型可能频繁扩展。
- 需要将对象创建延迟到子类。
C++ 示例
// 抽象产品 class Database { public: virtual void connect() = 0; virtual ~Database() = default; }; // 具体产品 class MySQL : public Database { public: void connect() override { std::cout << "连接到 MySQL" << std::endl; } }; class PostgreSQL : public Database { public: void connect() override { std::cout << "连接到 PostgreSQL" << std::endl; } }; // 抽象工厂 class DatabaseFactory { public: virtual Database* createDatabase() = 0; virtual ~DatabaseFactory() = default; }; // 具体工厂 class MySQLFactory : public DatabaseFactory { public: Database* createDatabase() override { return new MySQL(); } }; class PostgreSQLFactory : public DatabaseFactory { public: Database* createDatabase() override { return new PostgreSQL(); } }; // 使用示例 int main() { DatabaseFactory* factory = new PostgreSQLFactory(); Database* db = factory->createDatabase(); db->connect(); // 输出: 连接到 PostgreSQL delete db; delete factory; return 0; } 4.3 抽象工厂模式（Abstract Factory）
核心思想
- 提供一个接口，用于创建相关或依赖对象族，而无需指定具体类。
- 抽象工厂包含多个工厂方法，每个方法负责创建一个产品族中的对象。
适用场景
- 需要创建一组相关或依赖的对象（例如 GUI 组件：按钮、文本框、下拉菜单等）。
- 系统需要独立于产品的创建、组合和表示。
C++ 示例
// 抽象产品：按钮 class Button { public: virtual void render() = 0; virtual ~Button() = default; }; // 具体产品：Windows 按钮 class WindowsButton : public Button { public: void render() override { std::cout << "Windows 风格按钮" << std::endl; } }; // 具体产品：MacOS 按钮 class MacOSButton : public Button { public: void render() override { std::cout << "MacOS 风格按钮" << std::endl; } }; // 抽象产品：文本框 class TextBox { public: virtual void display() = 0; virtual ~TextBox() = default; }; // 具体产品：Windows 文本框 class WindowsTextBox : public TextBox { public: void display() override { std::cout << "Windows 风格文本框" << std::endl; } }; // 具体产品：MacOS 文本框 class MacOSTextBox : public TextBox { public: void display() override { std::cout << "MacOS 风格文本框" << std::endl; } }; // 抽象工厂 class GUIFactory { public: virtual Button* createButton() = 0; virtual TextBox* createTextBox() = 0; virtual ~GUIFactory() = default; }; // 具体工厂：Windows 风格组件 class WindowsFactory : public GUIFactory { public: Button* createButton() override { return new WindowsButton(); } TextBox* createTextBox() override { return new WindowsTextBox(); } }; // 具体工厂：MacOS 风格组件 class MacOSFactory : public GUIFactory { public: Button* createButton() override { return new MacOSButton(); } TextBox* createTextBox() override { return new MacOSTextBox(); } }; // 使用示例 int main() { GUIFactory* factory = new MacOSFactory(); Button* button = factory->createButton(); button->render(); // 输出: MacOS 风格按钮 TextBox* textBox = factory->createTextBox(); textBox->display(); // 输出: MacOS 风格文本框 delete button; delete textBox; delete factory; return 0; } 4.4 三种工厂模式对比
| 模式 | 核心目标 | 扩展性 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 简单工厂 | 集中创建单一类型的不同对象 | 差（需修改工厂类） | 少量固定类型，无需频繁扩展 |
| 工厂方法 | 将对象创建延迟到子类 | 好（新增工厂子类） | 单一产品，类型可能频繁扩展 |
| 抽象工厂 | 创建多个相关或依赖的对象族 | 好（新增工厂子类） | 多个关联产品，需保持风格一致性 |
4.5 工厂模式小结
- 简单工厂：适合简单场景，但违背开闭原则。
- 工厂方法：解决单一产品的扩展问题。
- 抽象工厂：解决多产品族的创建问题，强调产品之间的关联性。
根据需求选择合适模式：若产品单一且可能扩展，用工厂方法；若需创建一组关联对象，用抽象工厂；若产品类型固定且简单，用简单工厂。
5. 总结
依赖倒置（DIP）、依赖注入（DI）、控制反转（IoC）和工厂模式是软件设计中紧密相关的概念，它们共同服务于代码的解耦和可维护性。
5.1 关联
-
依赖倒置原则（Dependency Inversion Principle, DIP）：高层模块不依赖低层模块，两者都依赖抽象（接口或抽象类）。该思想指导工厂模式、DI 和 IoC 的设计方向。
-
控制反转（Inversion of Control, IoC）：将对象的创建和生命周期管理权从程序内部转移给外部容器（如框架）。例如：依赖由外部容器（如工厂或框架）创建并注入，而不是直接创建依赖。工厂模式和依赖注入 DI 是实现 IoC 的具体方式。
-
依赖注入（Dependency Injection, DI）：通过构造函数、Setter 或接口，将依赖对象被动传递给使用方。是实现 IoC 的具体技术手段。工厂模式常用于生成这些依赖对象。
-
工厂模式（Factory Pattern）：封装具体对象创建逻辑，通过工厂类统一创建对象。是实现 IoC 的手段之一，隐藏实例化细节，支持 DIP 和 DI。是依赖注入 DI 和控制反转 IoC 的底层支撑。
四者共同目标是解耦代码，提升扩展性和可维护性。
5.2 示例全链路
// 1. 遵循 DIP：定义抽象接口 class IStorage { /* ... */ }; // 2. 具体实现 class DatabaseStorage : public IStorage { /* ... */ }; // 3. 工厂模式：封装对象创建 class StorageFactory { public: static IStorage* createStorage() { return new DatabaseStorage(); } }; // 4. 依赖注入：通过构造函数传递对象 class UserService { private: IStorage* storage; public: UserService(IStorage* storage) : storage(storage) {} }; // 5. 控制反转：由工厂创建依赖，而非 UserService 内部创建 int main() { IStorage* storage = StorageFactory::createStorage(); UserService userService(storage); // DI 注入 userService.saveUser(); delete storage; return 0; } 
