程序師世界是廣大編程愛好者互助、分享、學習的平台,程序師世界有你更精彩!
首頁
編程語言
C語言|JAVA編程
Python編程
網頁編程
ASP編程|PHP編程
JSP編程
數據庫知識
MYSQL數據庫|SqlServer數據庫
Oracle數據庫|DB2數據庫
 程式師世界 >> 編程語言 >> C語言 >> C++ >> C++入門知識 >> C++ 之 策略模式,策略模式

C++ 之 策略模式,策略模式

編輯:C++入門知識

C++ 之 策略模式,策略模式


1  會飛的鴨子 

  Duck 基類,包含兩個成員函數 (swim, display);派生類 MallardDuck,RedheadDuck 和 RubberDuck,各自重寫繼承自基類的 display 成員函數

class Duck {
public:
    void swim();
    virtual void display();
};

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

class RedheadDuck ...

  現在要求,為鴨子增加會飛的技能 -- fly,那麼應該如何設計呢?

1.1  繼承

  考慮到並非所有的鴨子都會飛,可在 Duck 中加個普通虛函數 fly,則“會飛”的派生類繼承 fly 的一個缺省實現,而“不會飛”的派生類重寫 fly 的實現

void Duck::fly() {  std::cout << "I am flying !" << std::endl;  }

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

1.2  接口

  實際上,使用一般虛函數來實現多態並非良策,在前文 C++11 之 override 關鍵字中的 “1.2 一般虛函數” 已經有所解釋,常用的代替方法是 “純虛函數 + 缺省實現”,

即將 fly 在基類中聲明為純虛函數,同時寫一個缺省實現

  因為是純虛函數,所以只有“接口”會被繼承,而缺省的“實現”卻不會被繼承,是否調用基類裡 fly 的缺省實現,則取決於派生類裡重寫的 fly 函數

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

1.3  設計模式

  到目前為止,並沒有使用設計模式,但問題看上去已經被解決了,實際上使用或不使用設計模式,取決於實際需求,也取決於開發者

  <Design Patterns> 中,關於策略模式的適用情景,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

  顯然,鴨子的各個派生類屬於 “related classes”,關鍵就在於“飛”這個行為,如果只是將“飛”的行為,簡單劃分為“會飛”和“不會飛”,則不使用設計模式完全可以

  如果“飛行方式”,隨著派生類的增多,至少會有幾十種;或者視“飛行方式”為一種算法,以後還會不斷改進;再或“飛行方式”作為封裝算法,提供給第三方使用。

那麼此時,設計模式的價值就體現出來了 -- 易復用,易擴展,易維護。

  而第 4) 種適用情景,多見於重構之中 -- "Replace Type Code with State/Strategy"

 

2  設計原則

  在引出策略模式之前,先來看面向對象的三個設計原則

1)  隔離變化:identify what varies and separate them from what stays the same

   Duck 基類中, 很明顯“飛行方式“是變化的,於是把 fly 擇出來,和剩余不變的分隔開來

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

  分出 fly 之後,將其封裝為一個接口,裡面實現各種不同的“飛行方式” (一系列”算法“),添加或修改算法都在這個接口裡面進行。“接口”對應於 C++ 便是抽象基類,

即將“飛行方式”封裝為 FlyBehavior 類,該類中聲明 fly 成員函數為純虛函數

class FlyBehavior {
public:
    virtual void fly() = 0;
};

class FlyWithWings : public FlyBehavior {
public:
    virtual void fly();
};

class FlyNoWay ...class FlyWithRocket ...

  具體實現各種不同的算法 -- “飛行方式”,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)  復合 > 繼承:favor composition (has-a) over inheritance (is-a)

   <Effective C++> 條款 32 中提到,公有繼承即是“is-a”,而條款 38 則提及 Composition (復合或組合) 的一個含義是 “has-a”。因此,可以在 Duck 基類中,

聲明 FlyBehavior 類型的指針,如此,只需通過指針 _pfB 便可調用相應的”算法“ -- ”飛行方式“

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

 

3  策略模式

3.1  內容

  即便不懂設計模式,只有嚴格按照上面的三個設計原則,則最後的設計思路也會和策略模式類似,可能只是一些細微處的差別

  下面來看策略模式的具體內容和結構圖:

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

from clients that use it.

 

  Context 指向 Strategy (由指針實現);Context 通過 Strategy 接口,調用一系列算法;ConcreteStrategy 則實現了一系列具體的算法

3.2  智能指針

  上例中,策略模式的“接口” 對應於抽象基類 FlyBehavior,“算法實現”分別對應派生類 FlyWithWings, FlyNoWay, FlyWithRocket,“引用”對應 _pfB 指針

  為了簡化內存管理,可以將 _pfB 聲明為一個“智能指針”,同時在 Duck 類的構造函數中,初始化該“智能指針”

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

  直觀上看, Duck 對應於 Context,但 Duck 基類並不直接通過 FlyBehavior 接口來調用各種“飛行方式” -- 即“算法”,實際是其派生類 MallardDuck,RedheadDuck 和RubberDuck,這樣,就需要在各個派生類的構造函數中,初始化 _pfB

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

  然後,在 Duck 基類中,通過指針 _pfB, 實現了對 fly 的調用

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

  除了在構造函數中初始化 _pfB 外,還可在 Duck 類中,定義一個 setFlyBehavior 成員函數,動態的設置“飛行方式”

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

  最後,main 函數如下:

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(); }

 

小結:

1)  面向對象的三個設計原則:隔離變化,編程到接口,復合 > 繼承

2)  策略模式主要涉及的是“一系列算法“,熟悉其適用的四種情景

 

參考資料:

 <大話設計模式> 第二章

 <Head First Design Patterns> chapter 1

 <Effective C++> item 32, item 38

 <Design Paterns> Strategy

 <Refactoring> chapter 8

  1. 上一頁:
  2. 下一頁:
Copyright © 程式師世界 All Rights Reserved