设计模式与二项式方法编程

# 设计模式与二项式方法编程 ## 1. 简单数组类示例 首先来看一个简单数组类 `SimpleArray` 的实现，它实现了一维访问接口 `IOneDimensionalAccess<double>`。以下是代码示例： ```cpp class SimpleArray : IOneDimensionalAccess<double> // Index == int { private: double first; double second; public: SimpleArray() { first = 1.0; second = 2.71;} double& operator [] (int index) { if (1 == index) return first; if (2 == index) return second; } }; int main() { SimpleArray myArr; cout << myArr[1] << ", " << myArr[2] << endl; return 0; } ``` 在这个示例中，`SimpleArray` 类包含两个私有成员变量 `first` 和 `second`，并通过重载 `[]` 运算符来实现对这两个元素的访问。在 `main` 函数中，我们创建了一个 `SimpleArray` 对象 `myArr`，并输出了其两个元素的值。 ## 2. 设计模式概述 设计模式可以分为三大类，每一类中的具体模式都有助于开发者创建灵活的 C++ 类。 ### 2.1 创建型模式 创建型模式用于以灵活的方式创建对象，常见的创建型模式有： - **工厂方法**：定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类。 - **抽象工厂**：提供一个创建相关或依赖对象家族的接口，而无需指定它们的具体类。 - **原型**：通过克隆或复制另一个“原型”对象来创建对象。 - **单例**：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。 下面以抽象工厂创建单因子期权对象为例进行说明。首先定义基本的期权类： ```cpp class Instrument { public: }; class Option : public Instrument { public: // PUBLIC, PURE FOR PEDAGOGICAL REASONS double r; // Interest rate double sig; // Volatility double K; // Strike price double T; // Expiry date double b; // Cost of carry double SMax; // Far field condition char type; // Call or put Option(){} // An option uses a polymorphic payoff object OneFactorPayoff OptionPayoff; }; ``` 然后定义抽象工厂的基类接口： ```cpp class InstrumentFactory { public: virtual Option* CreateOption() const = 0; }; ``` 接着定义一个具体的工厂类 `ConsoleInstrumentFactory`，它根据控制台输入创建期权对象： ```cpp class ConsoleInstrumentFactory : public InstrumentFactory { public: Option* CreateOption() const { double dr; // Interest rate double dsig; // Volatility double dK; // Strike price double dT; // Expiry date double db; // Cost of carry double dSMax; // Far field boundary cout << "Interest rate: "; cin >> dr; cout << "Volatility: "; cin >> dsig; cout << "Strike Price: "; cin >> dK; dSMax = 4.0 * dK; // Magix Number !!!! cout << "Expiry: "; cin >> dT; // Should ask what kind of option (as in Haug, 1998) cout << "Cost of carry: "; cin >> db; Option* result = new Option; cout << "Payoff 1) Call, 2) Put: "; int ans; cin >> ans; if (ans == 1) { result-> type = "C"; (*result).OptionPayoff = OneFactorPayoff(dK, MyCallPayoffFN); } else { result-> type = "P"; (*result).OptionPayoff = OneFactorPayoff(dK, MyPutPayoffFN); } result->r = dr; result->sig = dsig; result->K = dK; result->T = dT; result->b = db; result->SMax = dSMax; return result; } }; ``` 为了实现信息隐藏，我们定义一个函数返回抽象工厂的指针： ```cpp InstrumentFactory* GetInstrumentFactory() { return new ConsoleInstrumentFactory; // Later other specific concrete factories } ``` 在客户端程序中使用这个工厂： ```cpp int main() { InstrumentFactory* myFactory = GetInstrumentFactory(); Option* myOption = myFactory ->CreateOption(); // Further processing with option return 0; } ``` ### 2.2 结构型模式 结构型模式用于将对象组合成更大的结构，常见的结构型模式有： - **适配器**：将一个类的接口转换为客户端期望的接口。例如，将 `list<T>` 类的接口适配为定义 `stack<T>` 类。 - **组合**：将对象组合成树状结构和递归聚合。 - **桥接**：将一个类与其实现解耦，使两者可以独立变化。 - **外观**：为一组接口提供一个统一的接口。 ### 2.3 行为型模式 行为型模式主要涉及类的成员函数，可分为以下三个子类别： - **变体模式**：以不同的方式执行相同的任务。例如，策略模式（灵活的算法）、命令模式（将请求封装为对象）和模板方法模式（定义一个包含可变和不变部分的算法）。 - **扩展模式**：在不破坏类的源代码的情况下为类添加新功能。访问者模式是这个类别中唯一的模式。 - **通知模式**：确保对象网络中的数据保持一致。例如，观察者模式和中介者模式。 ## 3. 选择合适的设计模式 在选择设计模式时，需要考虑其在特定上下文中的实用性以及实现所需的工作量。可以使用以下矩阵来评估设计模式： | | 功能 | 效率 | 可维护性 | 可移植性 | | --- | --- | --- | --- | --- | | 工厂方法 | | | | | | 抽象工厂 | | | | | | 桥接 | | | | | | 组合 | | | | | | 适配器 | | | | | | 属性模式 | | | | | | 访问者 | | | | | | 策略 | | | | | | 观察者 | | | | | 矩阵中符号的含义如下： - *