行为型模式之策略模式

模式定义

  策略模式(Strategy Pattern):定义一系列算法,将每一个算法封装起来,并让它们可以相互替换。策略模式让算法独立于使用它的客户而变化,也称为政策模式(Policy)。

模式动机

  • 完成一项任务,往往可以有多种不同的方式,每一种方式称为一个策略,我们可以根据环境或者条件的不同选择不同的策略来完成该项任务。
  • 在软件开发中也常常遇到类似的情况,实现某一个功能有多个途径,此时可以使用一种设计模式来使得系统可以灵活地选择解决途径,也能够方便地增加新的解决途径。
  • 在软件系统中,有许多算法可以实现某一功能,如查找、排序等,一种常用的方法是硬编码(Hard Coding)在一个类中,如需要提供多种查找算法,可以将这些算法写到一个类中,在该类中提供多个方法,每一个方法对应一个具体的查找算法;当然也可以将这些查找算法封装在一个统一的方法中,通过 if…else… 等条件判断语句来进行选择。这两种实现方法我们都可以称之为硬编码,如果需要增加一种新的查找算法,需要修改封装算法类的源代码;更换查找算法,也需要修改客户端调用代码。在这个算法类中封装了大量查找算法,该类代码将较复杂,维护较为困难。
  • 除了提供专门的查找算法类之外,还可以在客户端程序中直接包含算法代码,这种做法更不可取,将导致客户端程序庞大而且难以维护,如果存在大量可供选择的算法时问题将变得更加严重。
  • 为了解决这些问题,可以定义一些独立的类来封装不同的算法,每一个类封装一个具体的算法,在这里,每一个封装算法的类我们都可以称之为策略(Strategy),为了保证这些策略的一致性,一般会用一个抽象的策略类来做算法的定义,而具体每种算法则对应于一个具体策略类。

相关实例

  记得在之前介绍 合成/复用原则 时候提到过一个开车的例子,假设现在有一个 Person 类代表一个人, Car 类代表一辆车。Person 可以继承 Car 使用汽车的功能,但是如果一个有很多辆车,那么 Person 就需要进行很多次继承,且每次都需要重新写一辆车,所以要将 Car 定义为抽象的汽车,增加车时直接继承于抽象的车,实现代码复用。在者,即使这样人想去使用车还是要使用继承的方法,调用车的类,还是会出现多继承的情况,很明显会产生二义性,但是又不能直接继承抽象的 Car 类,所以此时,在 Person 类内部添加一个 Set() 方法,将 Car 作为 Person 类的一个成员变量,当人需要哪辆车时,调用 Set() 函数,用 Car 去指向具体的车,即可。巴拉了一大堆,建议连着连着前面的 合成复用原则 一起用餐。

模式结构

策略模式包含如下角色:

  • Context: 环境类
  • Strategy: 抽象策略类
  • ConcreteStrategy: 具体策略类
    image.png

代码分析

代码场景:抽象了一个武器类 WeaponStrategy,内部有一个功能:使用武器,对于具体的武器有具体的使用方法。定义了一个 人类 Person 可以使用不同的武器,具体使用哪一个由客户自行设定。

#include  <iostream>
using namespace std;

//抽象武器类
class WeaponStrategy {
public:
	virtual void UseWeapon() = 0;
};

//两个具体的武器
class Knife :public WeaponStrategy {
public:
	virtual void UseWeapon() {
		cout << "使用小刀!" << endl;
	}
};

class Pistol :public WeaponStrategy {
public:
	virtual void UseWeapon() {
		cout << "使用手枪!" << endl;
	}
};

class Person {
public:
	void setWeapon(WeaponStrategy* weapon) {
		this->pWeapon = weapon;  //设计不同的武器
	}
	void Go() {
		this->pWeapon->UseWeapon(); //多态
	}
	~Person() {
		delete pWeapon;
		pWeapon = nullptr;
	}
private:
	WeaponStrategy* pWeapon; //将抽象的武器组合进人的类
};

int main() {
	Person *p1 = new Person;
	p1->setWeapon(new Knife);
	p1->Go();
	delete p1;
	p1 = nullptr;
	return 0;
}

策略模式的优缺点

优点

  • 策略模式提供了对 开闭原则 的完美支持,用户可以在不修改原有系统的基础上选择算法或行为,也可以灵活地增加新的算法或行为。
  • 策略模式提供了管理相关的算法族的办法。
  • 策略模式提供了可以替换继承关系的办法。
  • 使用策略模式可以避免使用多重条件转移语句。

缺点

  • 客户端必须知道所有的策略类,并自行决定使用哪一个策略类。
  • 策略模式将造成产生很多策略类,可以通过使用享元模式在一定程度上减少对象的数量。

适用环境

  • 可以通过环境类状态的个数来决定是使用策略模式还是状态模式。
  • 策略模式的环境类自己选择一个具体策略类,具体策略类无须关心环境类;而状态模式的环境类由于外在因素需要放进一个具体状态中,以便通过其方法实现状态的切换,因此环境类和状态类之间存在一种双向的关联关系。
  • 使用策略模式时,客户端需要知道所选的具体策略是哪一个,而使用状态模式时,客户端无须关心具体状态,环境类的状态会根据用户的操作自动转换。
  • 如果系统中某个类的对象存在多种状态,不同状态下行为有差异,而且这些状态之间可以发生转换时使用状态模式;如果系统中某个类的某一行为存在多种实现方式,而且这些实现方式可以互换时使用策略模式

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