【设计模式】——策略模式（Strategy Pattern）

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目录

引言

一、策略模式的基本概念

核心思想

策略模式的结构

UML图

应用场景

二、策略模式的优点与缺点

优点

缺点

三、C++实现策略模式

1. 定义抽象策略类

2. 定义具体策略类

3. 定义环境类

4. 客户端代码

四、总结

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引言

在软件开发中，设计模式是提升代码质量、增强系统可维护性和可扩展性的重要工具。策略模式（Strategy Pattern）作为一种行为型设计模式，其核心思想是将算法的定义与使用分离开来，允许在不修改算法结构的情况下灵活地更换、增加算法。本文将详细介绍策略模式在C++中的实现及应用。

一、策略模式的基本概念

策略模式又叫政策模式，是一种将定义的一系列算法封装起来，并让它们可以互相替换，从而让算法的变化不会影响到使用算法的用户。

核心思想

策略模式（Strategy Pattern）的核心思想是将算法的定义与使用分离，即将不同的算法封装成独立的类，并使它们可以相互替换。这样做的好处是可以在不修改客户端代码的情况下，通过替换算法类来改变算法的行为，从而提高系统的灵活性和可扩展性。策略模式遵循了开闭原则，即对扩展开放，对修改关闭，使得系统在不修改原有代码的基础上能够轻松地添加新的算法或修改现有算法。

策略模式的结构

策略模式主要由三个角色组成：

1. 抽象策略类（Strategy）：
   • 这是一个抽象角色，通常由一个接口或抽象类实现。
   • 它为所支持的算法声明了抽象方法，是所有策略类的父类。
   • 环境类通过抽象策略类中声明的方法在运行时调用具体策略类中实现的算法。
2. 具体策略类（Concrete Strategy）：
   • 实现了抽象策略类定义的接口，提供具体的算法实现或行为。
   • 具体策略类可以有多个，每个类封装了一种具体的算法。
3. 环境类（Context）：
   • 环境类是使用算法的角色，也称为上下文类。
   • 它在解决某个问题（即实现某个功能）时可以采用多种策略。
   • 环境类中维持一个对抽象策略类的引用实例，用于定义所采用的策略。

UML图

应用场景

策略模式在软件开发中有着广泛的应用场景，包括但不限于以下几种情况：

1. 多种排序算法：在需要对数据进行排序时，可以根据数据的特性或性能要求选择不同的排序算法（如快速排序、归并排序、堆排序等）。

2. 多种支付方式：在电商系统中，用户可以选择不同的支付方式（如支付宝、微信支付、银行卡支付等），每种支付方式都可以看作是一个具体的策略。

3. 日志记录策略：在系统中，日志记录的方式可能因环境或需求的不同而有所变化（如写入文件、发送到远程服务器、打印到控制台等）。

4. 缓存策略：缓存策略的选择可能依赖于数据的类型、访问频率、重要性等因素（如LRU缓存、LFU缓存、FIFO缓存等）。

二、策略模式的优点与缺点

优点

1. 算法的自由切换和扩展：可以在运行时灵活地更换算法，也可以轻松添加新的算法。
2. 避免多重条件选择语句：减少了if-else或switch-case等条件语句的使用，使得代码更加清晰易懂。
3. 开闭原则：支持对扩展开放，对修改关闭，易于维护和扩展。

缺点

1. 类数量增加：当算法很多时，会导致类的数量增多，增加系统的复杂性。
2. 客户端必须了解所有策略：客户端需要知道所有的策略类，才能选择正确的策略。

三、C++实现策略模式

以下是一个简单的C++示例，演示了如何实现策略模式。

1. 定义抽象策略类

首先，定义一个抽象策略类，定义所有策略类的公共接口。

// 抽象策略类
class Strategy {
public:
    virtual ~Strategy() {}
    virtual void executeStrategy() = 0;
};

2. 定义具体策略类

然后，定义多个具体策略类，每个类都实现了抽象策略类中的接口。

// 具体策略类
class ConcreteStrategyA : public Strategy {
public:
    void executeStrategy() override {
        std::cout << "Executing Concrete Strategy A" << std::endl;
    }
};

class ConcreteStrategyB : public Strategy {
public:
    void executeStrategy() override {
        std::cout << "Executing Concrete Strategy B" << std::endl;
    }
};

3. 定义环境类

接下来，定义环境类，该类持有对抽象策略类的引用，并可以调用该策略的方法。

// 环境类
class Context {
private:
    Strategy* strategy;

public:
    Context(Strategy* s) : strategy(s) {}
    ~Context() { delete strategy; }

    void execute() {
        strategy->executeStrategy();
    }

    void changeStrategy(Strategy* s) {
        delete strategy;
        strategy = s;
    }
};

4. 客户端代码

最后，在客户端代码中，根据需要选择具体的策略类，并通过环境类来执行策略。

int main() {  
    Strategy* strategyA = new ConcreteStrategyA();  
    Strategy* strategyB = new ConcreteStrategyB();  
  
    Context context(strategyA);  
    context.execute();  // 输出: Executing Concrete Strategy A  
  
    context.changeStrategy(strategyB);  
    context.execute();  // 输出: Executing Concrete Strategy B  
  
    return 0;  
}

四、总结

策略模式是一种强大的设计模式，它通过定义一系列的算法族，并将每一个算法封装起来，使它们可以互相替换，从而提高了算法的灵活性和可重用性。在C++中实现策略模式时，我们需要定义抽象策略类、具体策略类和环境类，并通过环境类来调用具体的策略。策略模式的应用场景广泛，包括但不限于多种排序算法、多种支付方式、日志记录策略和缓存策略等。此外，策略模式还可以与其他设计模式结合使用，以应对更复杂的场景。通过合理使用策略模式，我们可以编写出更加灵活、可维护和可扩展的代码。

本文标签： 模式策略PatternStrategy