C语言的设计模式有哪些？
C语言作为一门相对底层和灵活的语言，其设计模式的体现方式与C++或Java等面向对象语言有所不同。在C语言中，我们更多地是通过函数、结构体、指针以及宏等语言特性来模拟和实现各种设计思想。与其说C语言有“一套固定的设计模式”，不如说它提供了一种“用C的方式去应用设计模式”的方法。
模拟面向对象行为，实现“行为”上的设计模式
很多经典的面向对象设计模式，如工厂模式、策略模式、观察者模式等，其核心思想在于分离对象的创建、行为的封装和状态的改变。在C语言中，我们可以通过精心设计的函数指针和结构体来达到类似的效果。
策略模式 (Strategy Pattern)：在C语言中，实现策略模式的关键在于使用函数指针。你可以定义一个通用的操作接口（比如一个函数指针类型），然后创建多个实现这个接口的具体函数（策略）。一个上下文结构体（context struct）会包含一个指向当前所选策略的函数指针。当需要执行策略时，只需要调用这个函数指针即可。比如，你可以有一个 `sort` 函数，它接受一个比较函数的函数指针作为参数，这样用户就可以传入不同的比较函数来实现不同的排序逻辑（升序、降序、自定义排序）。这种方式灵活地允许你在运行时切换算法。
工厂模式 (Factory Pattern)：虽然C语言没有类的概念，但我们可以通过创建“工厂函数”来模拟对象的创建。这个工厂函数会负责根据传入的参数（例如一个枚举类型或字符串）来动态分配内存、初始化结构体，并返回指向该结构体的指针。例如，一个 `createShape(ShapeType type)` 函数，根据 `type` 参数返回一个 `Circle`、`Rectangle` 或 `Triangle` 结构体的指针。这里的“对象”其实就是填充了数据的结构体，而“工厂”就是那个负责创建和初始化的函数。
观察者模式 (Observer Pattern)：在C语言中实现观察者模式，通常会涉及一个被观察者（Subject）结构体，其中包含一个回调函数指针列表（或函数指针数组）。当被观察者状态发生改变时，它会遍历这个列表，调用列表中的所有回调函数，通知注册的观察者（Observers）。观察者则通过注册回调函数来把自己“挂载”到被观察者上。这种模式在GUI编程、事件处理等场景下非常有用。
利用数据结构和函数组合，实现“结构”上的设计模式
除了模拟面向对象行为，C语言的设计模式还常常体现在对数据结构和函数组织的巧妙运用上。
单例模式 (Singleton Pattern)：虽然C语言没有类的全局实例的概念，但单例的思想可以很容易地通过全局变量或在 `main` 函数作用域内创建的静态变量来实现。你可以定义一个全局结构体指针，并提供一个初始化函数。这个初始化函数只在第一次被调用时才真正分配内存和初始化结构体，之后的调用都返回同一个已经初始化的实例。关键在于如何确保这个初始化函数只执行一次，通常通过一个布尔标志变量来控制。
桥接模式 (Bridge Pattern)：桥接模式旨在将抽象部分与它的实现部分分离，使它们可以独立变化。在C语言中，这通常通过分离接口和实现来实现。一个抽象的接口（比如一系列函数名）对应一套操作，而具体的实现则封装在不同的模块（`.c` 文件）中，并通过函数指针暴露出来。调用者通过接口函数进行操作，而接口函数内部则通过函数指针调用具体的实现。这种方式允许你替换底层的实现而不改变上层调用。
组合模式 (Composite Pattern)：组合模式允许你将对象组合成树形结构以表示“部分整体”的层次结构。在C语言中，这可以通过递归的数据结构来实现。例如，定义一个通用节点结构体，其中包含一个类型字段，以及一个联合体（union）来存放不同类型的子节点数据（如整数、字符串、另一个节点结构体指针）。如果节点代表一个容器，它还可以包含一个指向子节点列表的指针。通过这种方式，你可以构建复杂的层次化数据结构，并统一处理其中的元素。
宏和预处理器，实现“编译时”和“代码生成”上的设计模式
C语言强大的预处理器也为实现一些特殊的设计模式提供了可能，这些模式更多地是在编译时生效。
模板元编程（Template Metaprogramming）的C语言风格：虽然C语言没有C++那样的模板，但通过宏和递归的宏定义，可以在一定程度上模拟类型无关的操作。例如，可以使用宏来定义泛型排序函数，通过一系列的宏展开来处理不同类型的数据。这种方法相对复杂，可读性也较差，但确实能实现一定程度的代码复用和类型抽象。
字符串处理和代码生成：宏可以方便地将常量或表达式“嵌入”到代码中，也可以用来生成重复的代码段。一些复杂的宏可以实现简单的代码生成逻辑，例如根据一组类型生成相应的结构体和操作函数。
C语言设计模式的特点
总而言之，C语言的设计模式并非一套严格的“类”和“方法”的组合，而更多是一种“思维方式”和“编程技巧”。它的特点在于：
注重函数和数据结构：通过函数的组合、函数指针的运用以及结构体和联合体的设计，来模拟面向对象行为和组织代码。
灵活性和底层控制：C语言的设计模式往往能提供更细粒度的控制，并且能够充分利用内存管理和硬件特性。
可读性和维护性的权衡：虽然C语言的设计模式非常强大，但如果不加注意，可能会导致代码复杂、难以阅读和维护。
当你思考如何在C语言中应用设计模式时，不如先理解设计模式的核心思想，然后思考如何利用C语言提供的工具（函数、指针、结构体、宏）去最有效地表达这个思想。这是一种“用C的语言去说话”的艺术。
模拟面向对象行为，实现“行为”上的设计模式
很多经典的面向对象设计模式，如工厂模式、策略模式、观察者模式等，其核心思想在于分离对象的创建、行为的封装和状态的改变。在C语言中，我们可以通过精心设计的函数指针和结构体来达到类似的效果。
策略模式 (Strategy Pattern)：在C语言中，实现策略模式的关键在于使用函数指针。你可以定义一个通用的操作接口（比如一个函数指针类型），然后创建多个实现这个接口的具体函数（策略）。一个上下文结构体（context struct）会包含一个指向当前所选策略的函数指针。当需要执行策略时，只需要调用这个函数指针即可。比如，你可以有一个 `sort` 函数，它接受一个比较函数的函数指针作为参数，这样用户就可以传入不同的比较函数来实现不同的排序逻辑（升序、降序、自定义排序）。这种方式灵活地允许你在运行时切换算法。
工厂模式 (Factory Pattern)：虽然C语言没有类的概念，但我们可以通过创建“工厂函数”来模拟对象的创建。这个工厂函数会负责根据传入的参数（例如一个枚举类型或字符串）来动态分配内存、初始化结构体，并返回指向该结构体的指针。例如，一个 `createShape(ShapeType type)` 函数，根据 `type` 参数返回一个 `Circle`、`Rectangle` 或 `Triangle` 结构体的指针。这里的“对象”其实就是填充了数据的结构体，而“工厂”就是那个负责创建和初始化的函数。
观察者模式 (Observer Pattern)：在C语言中实现观察者模式，通常会涉及一个被观察者（Subject）结构体，其中包含一个回调函数指针列表（或函数指针数组）。当被观察者状态发生改变时，它会遍历这个列表，调用列表中的所有回调函数，通知注册的观察者（Observers）。观察者则通过注册回调函数来把自己“挂载”到被观察者上。这种模式在GUI编程、事件处理等场景下非常有用。
利用数据结构和函数组合，实现“结构”上的设计模式
除了模拟面向对象行为，C语言的设计模式还常常体现在对数据结构和函数组织的巧妙运用上。
单例模式 (Singleton Pattern)：虽然C语言没有类的全局实例的概念，但单例的思想可以很容易地通过全局变量或在 `main` 函数作用域内创建的静态变量来实现。你可以定义一个全局结构体指针，并提供一个初始化函数。这个初始化函数只在第一次被调用时才真正分配内存和初始化结构体，之后的调用都返回同一个已经初始化的实例。关键在于如何确保这个初始化函数只执行一次，通常通过一个布尔标志变量来控制。
桥接模式 (Bridge Pattern)：桥接模式旨在将抽象部分与它的实现部分分离，使它们可以独立变化。在C语言中，这通常通过分离接口和实现来实现。一个抽象的接口（比如一系列函数名）对应一套操作，而具体的实现则封装在不同的模块（`.c` 文件）中，并通过函数指针暴露出来。调用者通过接口函数进行操作，而接口函数内部则通过函数指针调用具体的实现。这种方式允许你替换底层的实现而不改变上层调用。
组合模式 (Composite Pattern)：组合模式允许你将对象组合成树形结构以表示“部分整体”的层次结构。在C语言中，这可以通过递归的数据结构来实现。例如，定义一个通用节点结构体，其中包含一个类型字段，以及一个联合体（union）来存放不同类型的子节点数据（如整数、字符串、另一个节点结构体指针）。如果节点代表一个容器，它还可以包含一个指向子节点列表的指针。通过这种方式，你可以构建复杂的层次化数据结构，并统一处理其中的元素。
宏和预处理器，实现“编译时”和“代码生成”上的设计模式
C语言强大的预处理器也为实现一些特殊的设计模式提供了可能，这些模式更多地是在编译时生效。
模板元编程（Template Metaprogramming）的C语言风格：虽然C语言没有C++那样的模板，但通过宏和递归的宏定义，可以在一定程度上模拟类型无关的操作。例如，可以使用宏来定义泛型排序函数，通过一系列的宏展开来处理不同类型的数据。这种方法相对复杂，可读性也较差，但确实能实现一定程度的代码复用和类型抽象。
字符串处理和代码生成：宏可以方便地将常量或表达式“嵌入”到代码中，也可以用来生成重复的代码段。一些复杂的宏可以实现简单的代码生成逻辑，例如根据一组类型生成相应的结构体和操作函数。
C语言设计模式的特点
总而言之，C语言的设计模式并非一套严格的“类”和“方法”的组合，而更多是一种“思维方式”和“编程技巧”。它的特点在于：
注重函数和数据结构：通过函数的组合、函数指针的运用以及结构体和联合体的设计，来模拟面向对象行为和组织代码。
灵活性和底层控制：C语言的设计模式往往能提供更细粒度的控制，并且能够充分利用内存管理和硬件特性。
可读性和维护性的权衡：虽然C语言的设计模式非常强大，但如果不加注意，可能会导致代码复杂、难以阅读和维护。
当你思考如何在C语言中应用设计模式时，不如先理解设计模式的核心思想，然后思考如何利用C语言提供的工具（函数、指针、结构体、宏）去最有效地表达这个思想。这是一种“用C的语言去说话”的艺术。
网友意见
或者说设计思想。尤其是开源软件中。
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