在3D CAD软件中，创建型设计模式起着至关重要的作用，它们帮助软件以灵活且可维护的方式创建和管理复杂的3D模型和相关对象。以下是以一个3D CAD软件为例，阐述5种创建型模式（单例模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、建造者模式、原型模式）在其中的用途，并给出C++框架性示例代码。

1. 单例模式（Singleton Pattern）

用途：确保3D CAD软件中某些全局唯一的对象（如配置管理器、全局渲染设置等）只有一个实例，并提供全局访问点。

C++示例代码：

class ConfigManager {
private:
    static ConfigManager* instance_;
    ConfigManager() {} // 私有构造函数
public:
    static ConfigManager* getInstance() {
        if (instance_ == nullptr) {
            instance_ = new ConfigManager();
        }
        return instance_;
    }
    // 其他配置管理相关的方法...
};
ConfigManager* ConfigManager::instance_ = nullptr;

 

2. 工厂方法模式（Factory Method Pattern）

用途：在3D CAD软件中，用于创建不同类型的3D对象（如长方体、圆柱体等），将对象的创建过程封装在工厂方法中，客户端无需知道具体创建细节。

C++示例代码：

class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;
};

class Cube : public Shape {
public:
    void draw() override { /* 绘制长方体的代码 */ }
};

class Cylinder : public Shape {
public:
    void draw() override { /* 绘制圆柱体的代码 */ }
};

class ShapeFactory {
public:
    virtual Shape* createShape() = 0;
};

class CubeFactory : public ShapeFactory {
public:
    Shape* createShape() override { return new Cube(); }
};

class CylinderFactory : public ShapeFactory {
public:
    Shape* createShape() override { return new Cylinder(); }
};

 

3. 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）

用途：在3D CAD中，用于创建一系列相关或相互依赖的对象（如一套家具中的椅子、桌子等）。它提供了一个接口，用于创建多个产品族中的产品对象。

C++示例代码（基于上面的工厂方法模式扩展）：

class FurnitureFactory {
public:
    virtual Shape* createChair() = 0;
    virtual Shape* createTable() = 0;
};

class ModernFurnitureFactory : public FurnitureFactory {
public:
    Shape* createChair() override { /* 创建现代风格的椅子 */ }
    Shape* createTable() override { /* 创建现代风格的桌子 */ }
};

class ClassicFurnitureFactory : public FurnitureFactory {
public:
    Shape* createChair() override { /* 创建古典风格的椅子 */ }
    Shape* createTable() override { /* 创建古典风格的桌子 */ }
};

 

4. 建造者模式（Builder Pattern）

用途：在3D CAD软件中，用于构建复杂的3D模型，允许按步骤构造对象，并可以只通过指定必要的步骤来创建不同的表示。

C++示例代码：

class ModelBuilder {
protected:
    Model* model;
public:
    ModelBuilder() { model = new Model(); }
    virtual ~ModelBuilder() { delete model; }
    virtual void buildFoundation() = 0;
    virtual void buildWalls() = 0;
    virtual void buildRoof() = 0;
    Model* getModel() { return model; }
};

class HouseBuilder : public ModelBuilder {
public:
    void buildFoundation() override { /* 构建房屋地基的代码 */ }
    void buildWalls() override { /* 构建房屋墙壁的代码 */ }
    void buildRoof() override { /* 构建房屋屋顶的代码 */ }
};

 

5. 原型模式（Prototype Pattern）

用途：在3D CAD中，当创建新对象成本较高时（如复杂的3D模型），可以通过原型模式复制已有对象来提高效率。它允许通过复制（或克隆）一个已经存在的对象来创建一个新对象。

C++示例代码：

class Prototype {
public:
    virtual Prototype* clone() = 0;
    virtual void display() = 0;
    virtual ~Prototype() {}
};

class ConcretePrototype : public Prototype {
private:
    // 假设这里有一些复杂的数据结构表示3D模型
public:
    ConcretePrototype() { /* 初始化代码 */ }
    ConcretePrototype(const ConcretePrototype& other) { /* 深拷贝代码 */ }
    Prototype* clone() override { return new ConcretePrototype(*this); }
    void display() override { /* 显示3D模型的代码 */ }
};

 

在3D CAD软件的实际应用中，这些创建型设计模式可以单独使用，也可以组合使用，以提供灵活且可扩展的对象创建机制。它们有助于减少代码之间的耦合度，提高系统的可维护性和可扩展性。