设计模式C++实现(1)——策略(Strategy)模式

目录

• 策略模式
  • 应用案例
  • 实现的关键
  • Talk is cheap,let's See The Code
  • 设计思想
  • 参考

策略模式

策略模式定义了一系列算法和行为（也就是策略），他们可以在运行时相互替换。通常把这些算法封装为一个个独立的类，形成一个“算法族”，这一族算法有相同的接口。

这里的算法和行为的含义都是指某件事的做法，也就是策略 Strategy 的含义，而不局限于计算机科学中的具体算法。本文中会混用算法、行为和策略。含义是一样的。

例如新的税法颁布，计算个人所得税的新旧两种算法算一个算法族；试想如果将计算个人所得税的方法硬编码在用户类中，当新的税法颁布的时候，就要重写用户类的相关代码, 而如果使用策略模式，只需要遵循接口实现一个新的所的税算法类就行了，用户类只要确保成员变量设置为新的类的对象就行了。系统从而更有弹性和可维护性。

应用案例

这个例子来源于 《Head First 设计模式》：某公司有个鸭子仿真器这样一套系统，可以模拟各种鸭子。原先有 Mollard Duck（绿头鸭），是一种野鸭，可以飞，可以呱呱叫； 现在新加入一种模型鸭 (ModelDuck)，因为是模型，不能飞也不能叫; 面向对象的思想，很自然的我们将鸭子Duck 作为基类，MollardDuck 和 ModelDuck 继承Duck类，然后分别实现或者重写 fly() 和 quack() 方法。考虑到鸭子子类越来越多，大白鸭，小黄鸭，火箭鸭，丑小鸭... 这些鸭子的fly() 方法和quack()方法各异，每实现一个子类就要写一遍这些方法，而这些方法有些鸭种是相同的，如果反复重写这些方法就无法复用代码了; 而且对于丑小鸭来说，小的时候不会飞长大了是会飞的，丑小鸭变身——白天鹅。

如何提高复用性和弹性呢？答案是策略模式。将 flyBehavior 和 quackBehavior作为类的成员，将 flyBehavior和quackBehavior也封装为基类，使用多态达到多种行为（策略、算法）的封装和复用。

实现的关键

将算法、策略封装为类，语言特性即为多态技术。

Talk is cheap,let's See The Code

让我们直接看代码吧。https://github.com/sunchaothu/DesignPatternsCpp_Practice.git

1.定义鸭子基类

Duck.h

#ifndef STRATEGY_PATTERN_DUCK_H
#define STRATEGY_PATTERN_DUCK_H
#include "QuackBehavior.h"
#include "FlyBehavior.h"
#include <memory>
class Duck {
public:
    virtual  ~Duck();
    void performFly();
    void performQuack();
    virtual void display()=0;
    void swim();
    void setFlyBehavior(FlyBehavior* flyBehavior);
    void setquackBehavior(QuackBehavior* quackBehavior) ;
protected:
    std::shared_ptr<FlyBehavior> flyBehavior_ptr;
    std::shared_ptr<QuackBehavior> quackBehavior_ptr;
};
#endif //STRATEGY_PATTERN_DUCK_H

注意到，这里用flyBehavior 和 quackBehavior 作为鸭子类的成员，实际上是提供了接口，后面我们会注意到，C++的抽象类指针可以

作为接口。这里用C++11 标准库的智能指针share_ptr管理内存，可以免去delete烦恼。

和鸭子基类类的实现 Duck.cpp

#include <iostream>
#include "Duck.h"
Duck::~Duck() {
}
void Duck::swim() {
    std::cout<<"As a duck, swim is a default skill!"<<std::endl;
}
void Duck::performFly() {
    flyBehavior_ptr->fly();
}
void Duck::performQuack() {
     quackBehavior_ptr->quack();
}
void Duck::setFlyBehavior(FlyBehavior* flyBehavior) {
    flyBehavior_ptr.reset(flyBehavior);
}
void Duck::setquackBehavior(QuackBehavior* quackBehavior) {
    quackBehavior_ptr.reset(quackBehavior);
}

2.几种鸭子派生类

MallardDuck.h

#ifndef STRATEGY_PATTERN_MALLARDDUCK_H
#define STRATEGY_PATTERN_MALLARDDUCK_H
#include "Duck.h"
class MallardDuck:public Duck{
public:
   MallardDuck();
   ~MallardDuck();
   void display();
};
#endif //STRATEGY_PATTERN_MALLARDDUCK_H

MallardDuck.cpp

#include "MallardDuck.h"
#include "FlyBehavior.h"
#include "QuackBehavior.h"
#include <iostream>
#include <memory>
MallardDuck::MallardDuck() {
    FlyWithWings *f_ptr = new FlyWithWings();
    QuackNormal  *q_ptr = new QuackNormal();
    setquackBehavior(q_ptr);
    setFlyBehavior(f_ptr);
}
MallardDuck::~MallardDuck(){
}
void MallardDuck::display() {
    std::cout<<"I am a MallardDuck."<<std::endl;
}

ModelDuck.h

#ifndef STRATEGY_PATTERN_MODELDUCK_H
#define STRATEGY_PATTERN_MODELDUCK_H
#include "Duck.h"
class ModelDuck:public Duck{
public:
   ModelDuck();
   ~ModelDuck();
   void display();
};
#endif //STRATEGY_PATTERN_MODELDUCK_H

MoedlDuck.cpp

#include "ModelDuck.h"
#include "QuackBehavior.h"
#include "FlyBehavior.h"
#include <iostream>
#include <memory>
ModelDuck::ModelDuck() {
    FlyNoWay *f_ptr = new FlyNoWay();
    QuackNoWay  *q_ptr = new QuackNoWay();
    setquackBehavior(q_ptr);
    setFlyBehavior(f_ptr);
}
ModelDuck::~ModelDuck() {}
void ModelDuck::display() {
    std::cout<<"I am a model. "<<std::endl;
}

3.策略类

FlyBehavior.h

#ifndef STRATEGY_PATTERN_FLYBEHAVIOR_H
#define STRATEGY_PATTERN_FLYBEHAVIOR_H
class FlyBehavior {
public:
    virtual void fly()=0;
};
class FlyNoWay:public FlyBehavior{
public:
    virtual void fly();
};
class FlyWithWings:public FlyBehavior{
public:
    virtual void fly();
};
#endif //STRATEGY_PATTERN_FLYBEHAVIOR_H

FlyBehavior.cpp

#include "FlyBehavior.h"
#include <iostream>
void FlyWithWings::fly() {
    std::cout<<"I'm flying with wings"<<std::endl;
}
void FlyNoWay::fly(){
    std::cout<<"I can't fly"<<std::endl;
}

QuackBehavior.h

#ifndef STRATEGY_PATTERN_QUACKBEHAVIOR_H
#define STRATEGY_PATTERN_QUACKBEHAVIOR_H
class QuackBehavior{
public:
    virtual void quack()=0;
};
class QuackNoWay:public QuackBehavior {
public:
    virtual void quack();
};
class QuackNormal:public QuackBehavior {
public:
    virtual void quack();
};
#endif //STRATEGY_PATTERN_QUACKBEHAVIOR_H

QuackBehavior.cpp

#include "QuackBehavior.h"
#include <iostream>
void QuackNoWay::quack() {
    std::cout<<"<<Silence>>"<<std::endl;
}
void QuackNormal::quack(){
    std::cout<<"quack!" <<std::endl;
}

4.测试文件

main.cpp

#include <iostream>
#include "Duck.h"
#include "ModelDuck.h"
#include "MallardDuck.h"
int main() {
    Duck* duck;
    duck = new MallardDuck();
    duck->display();
    duck->performQuack();
    duck->performFly();
    delete duck;
    duck = new ModelDuck();
    duck->display();
    duck->performQuack();
    duck->performFly();
    delete duck;
    return 0;
}

5.构建文件 CMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.0)
project(Strategy_Pattern)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)
add_library(Duck Duck.cpp MallardDuck.cpp ModelDuck.cpp)
add_library(Behavior FlyBehavior.cpp  QuackBehavior.cpp)
target_link_libraries(Duck Behavior)
add_executable(Strategy_Pattern main.cpp)
target_link_libraries(Strategy_Pattern Duck)

6.运行结果

I am a MallardDuck.
quack!
I'm flying with wings
I am a model.
<<Silence>>
I can't fly

设计思想

1. 用组合代替继承，注意到 组合的含义是 Has-A 而继承的含义是 Is-A。使用组合的话，将算法类作为用户类的成员，所以在运行时可以通过更改成员进行算法的替换。
2. 面向接口编程，而非面向实现编程。按照我的理解,为了系统的弹性和可维护性，将程序中容易变化的部分和不变的部分分离出来，接口Interface 定义了一种规范和约束，C++ 抽象基类(接口类)负责定义一组统一的不变的方法，子类必须实现这些方法，但是对于实现的细节没有约束。用鸭子的叫声这个行为为例子，定义了 QuackBehavior基类作为接口，要求子类必须实现void quack() 方法; 子类的实现可以是 呱呱叫， 咕咕叫，甚至是汪汪叫，也可以沉默（不叫）。

源码地址：https://github.com/sunchaothu/DesignPatternsCpp_Practice.git

参考

[1] Head First Design Patterns