深入理解C++之策略模式

1 会飞的鸭子

Duck 基类，包含两个成员函数 (swim, display)；派生类 MallardDuck，RedheadDuck 和 RubberDuck，各自重写继承自基类的 display 成员函数

class Duck {public:  void swim();  virtual void display();};class MallardDuck : public Duck {public:  void display(); // adding virtual is OK but not necessary};class RedheadDuck ...

现在要求，为鸭子增加会飞的技能 -- fly，那么应该如何设计呢？

1.1 继承

考虑到并非所有的鸭子都会飞，可在 Duck 中加个普通虚函数 fly，则“会飞”的派生类继承 fly 的一个缺省实现，而“不会飞”的派生类重写 fly 的实现

void Duck::fly() { std::cout << "I am flying !" << std::endl; }void RubberDuck::fly() { std::cout << "I cannot fly !" << std::endl; }

1.2 接口

实际上，使用一般虚函数来实现多态并非良策，在前文 C++11 之 override 关键字中的 “1.2 一般虚函数” 已经有所解释，常用的代替方法是 “纯虚函数 + 缺省实现”，

即将 fly 在基类中声明为纯虚函数，同时写一个缺省实现

因为是纯虚函数，所以只有“接口”会被继承，而缺省的“实现”却不会被继承，是否调用基类里 fly 的缺省实现，则取决于派生类里重写的 fly 函数

void MallardDuck::fly() { Duck::fly(); } void RedheadDuck::fly() { Duck::fly(); }

1.3 设计模式

到目前为止，并没有使用设计模式，但问题看上去已经被解决了，实际上使用或不使用设计模式，取决于实际需求，也取决于开发者

<Design Patterns> 中，关于策略模式的适用情景，如下所示：

1) many related classes differ only in their behavior

2) you need different variants of an algorithm

3) an algorithm uses data that clients shouldn't know about

4) a class defines many behaviors, and these appear as multiple conditional statements in its operations

显然，鸭子的各个派生类属于 “related classes”，关键就在于“飞”这个行为，如果只是将“飞”的行为，简单划分为“会飞”和“不会飞”，则不使用设计模式完全可以

如果“飞行方式”，随着派生类的增多，至少会有几十种；或者视“飞行方式”为一种算法，以后还会不断改进；再或“飞行方式”作为封装算法，提供给第三方使用。

那么此时，设计模式的价值就体现出来了 -- 易复用，易扩展，易维护。

而第 4) 种适用情景，多见于重构之中 -- "Replace Type Code with State/Strategy"

2 设计原则

在引出策略模式之前，先来看面向对象的三个设计原则

1) 隔离变化：identify what varies and separate them from what stays the same

Duck 基类中，很明显“飞行方式“是变化的，于是把 fly 择出来，和剩余不变的分隔开来

2) 编程到接口：program to an interface, not an implementation

分出 fly 之后，将其封装为一个接口，里面实现各种不同的“飞行方式” (一系列”算法“)，添加或修改算法都在这个接口里面进行。“接口”对应于 C++ 便是抽象基类，

即将“飞行方式”封装为 FlyBehavior 类，该类中声明 fly 成员函数为纯虚函数

class FlyBehavior {public:  virtual void fly() = 0;};class FlyWithWings : public FlyBehavior {public:  virtual void fly();};class FlyNoWay ...class FlyWithRocket ...

具体实现各种不同的算法 -- “飞行方式”，如下所示：

void FlyWithWings::fly() { std::cout << "I am flying !" << std::endl; }void FlyNoWay::fly() { std::cout << "I cannot fly !" << std::endl; }void FlyWithRocket::fly() { std::cout << "I am flying with a rocket !" << std::endl; }

3) 复合 > 继承：favor composition (has-a) over inheritance (is-a)

<Effective C++> 条款 32 中提到，公有继承即是“is-a”，而条款 38 则提及 Composition (复合或组合) 的一个含义是 “has-a”。因此，可以在 Duck 基类中，

声明 FlyBehavior 类型的指针，如此，只需通过指针 _pfB 便可调用相应的”算法“ -- ”飞行方式“

class Duck {public：  ...private:  FlyBehavior* _pfB; // 或 std::shared_ptr<FlyBehavior> _pfB;};

3 策略模式

3.1 内容

即便不懂设计模式，只有严格按照上面的三个设计原则，则最后的设计思路也会和策略模式类似，可能只是一些细微处的差别

下面来看策略模式的具体内容和结构图：

Defines a family of algorithms, encapsulates each one, and makes them interchangeable. Strategy lets the algorithm vary independently

from clients that use it.

C++,策略模式

Context 指向 Strategy (由指针实现)；Context 通过 Strategy 接口，调用一系列算法；ConcreteStrategy 则实现了一系列具体的算法

3.2 智能指针

上例中，策略模式的“接口” 对应于抽象基类 FlyBehavior，“算法实现”分别对应派生类 FlyWithWings, FlyNoWay, FlyWithRocket，“引用”对应 _pfB 指针

为了简化内存管理，可以将 _pfB 声明为一个“智能指针”，同时在 Duck 类的构造函数中，初始化该“智能指针”

Duck::Duck(std::shared_ptr<FlyBehavior> pflyBehavior) : _pfB(pflyBehavior) {}

直观上看， Duck 对应于 Context，但 Duck 基类并不直接通过 FlyBehavior 接口来调用各种“飞行方式” -- 即“算法”，实际是其派生类 MallardDuck，RedheadDuck 和RubberDuck，这样，就需要在各个派生类的构造函数中，初始化 _pfB

MallardDuck::MallardDuck(std::shared_ptr<FlyBehavior> pflyBehavior) : Duck(pflyBehavior) {}

然后，在 Duck 基类中，通过指针 _pfB，实现了对 fly 的调用

void Duck::performFly(){  _pfB->fly();}

除了在构造函数中初始化 _pfB 外，还可在 Duck 类中，定义一个 setFlyBehavior 成员函数，动态的设置“飞行方式”

void Duck::setFlyBehavior(std::shared_ptr<FlyBehavior> pflyBehavior){  _pfB = pflyBehavior;}

最后，main 函数如下：

void main(){  shared_ptr<FlyBehavior> pfWings = make_shared<FlyWithWings>();  shared_ptr<FlyBehavior> pfRocket = make_shared<FlyWithRocket>();  // fly with wings  shared_ptr<Duck> pDuck = make_shared<MallardDuck>(pfWings);  pDuck->performFly();  // fly with a rocket  pDuck->setFlyBehavior(pfRocket);  pDuck->performFly();}

小结：

1) 面向对象的三个设计原则：隔离变化，编程到接口，复合 > 继承

2) 策略模式主要涉及的是“一系列算法“，熟悉其适用的四种情景

参考资料：

<大话设计模式> 第二章

<Head First Design Patterns> chapter 1

<Effective C++> item 32, item 38

<Design Paterns> Strategy

<Refactoring> chapter 8

以上这篇深入理解C++之策略模式就是小编分享给大家的全部内容了，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持VEVB武林网。