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  • [设计模式] 21 策略模式 Strategy

    在GOF的《设计模式:可复用面向对象软件的基础》一书中对策略模式是这样说的:定义一系列的算法,把它们一个个封装起来,并且使它们可相互替换。该模式使得算法可独立于使用它的客户而变化。

    策略模式为了适应不同的需求,只把变化点封装了,这个变化点就是实现不同需求的算法,但是,用户需要知道各种算法的具体情况。就像上面的加班工资,不同的加班情况,有不同的算法。我们不能在程序中将计算工资的算法进行硬编码,而是能自由的变化的。这就是策略模式。

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    Strategy:定义所有支持的算法的公共接口。Context使用这个接口来调用某ConcreteStrategy定义的算法;
    ConcreteStrategy:实现Strategy接口的具体算法;
    Context:使用一个ConcreteStrategy对象来配置;维护一个对Stategy对象的引用,同时,可以定义一个接口来让Stategy访问它的数据。

    策略模式是指定义一系列的算法,把它们一个个封装起来,并且使它们可相互替换。本模式使得算法可独立于使用它的客户而变化。也就是说这些算法所完成的功能一样,对外的接口一样,只是各自实现上存在差异。用策略模式来封装算法,效果比较好。下面以高速缓存(Cache)的替换算法为例,实现策略模式。

           什么是Cache的替换算法呢?简单解释一下, 当发生Cache缺失时,Cache控制器必须选择Cache中的一行,并用欲获得的数据来替换它。所采用的选择策略就是Cache的替换算法。下面给出相应的UML图。

           ReplaceAlgorithm是一个抽象类,定义了算法的接口,有三个类继承自这个抽象类,也就是具体的算法实现。Cache类中需要使用替换算法,因此维护了一个  ReplaceAlgorithm的对象。这个UML图的结构就是策略模式的典型结构。下面根据UML图,给出相应的实现。

           首先给出替换算法的定义。

    //抽象接口
    class ReplaceAlgorithm
    {
    public:
        virtual void Replace() = 0;
    };
    //三种具体的替换算法
    class LRU_ReplaceAlgorithm : public ReplaceAlgorithm
    {
    public:
        void Replace() { cout<<"Least Recently Used replace algorithm"<<endl; }
    };
    
    class FIFO_ReplaceAlgorithm : public ReplaceAlgorithm
    {
    public:
        void Replace() { cout<<"First in First out replace algorithm"<<endl; }
    };
    class Random_ReplaceAlgorithm: public ReplaceAlgorithm
    {
    public:
        void Replace() { cout<<"Random replace algorithm"<<endl; }
    };

        接着给出Cache的定义,这里很关键,Cache的实现方式直接影响了客户的使用方式,其关键在于如何指定替换算法。

             方式一:直接通过参数指定,传入一个特定算法的指针。

    //Cache需要用到替换算法
    class Cache
    {
    private:
        ReplaceAlgorithm *m_ra;
    public:
        Cache(ReplaceAlgorithm *ra) { m_ra = ra; }
        ~Cache() { delete m_ra; }
        void Replace() { m_ra->Replace(); }
    };

    如果用这种方式,客户就需要知道这些算法的具体定义。只能以下面这种方式使用,可以看到暴露了太多的细节。

    int main()
    {
        Cache cache(new LRU_ReplaceAlgorithm()); //暴露了算法的定义
        cache.Replace();
        return 0;
    }

           方式二:也是直接通过参数指定,只不过不是传入指针,而是一个标签。这样客户只要知道算法的相应标签即可,而不需要知道算法的具体定义。

    //Cache需要用到替换算法
    enum RA {LRU, FIFO, RANDOM}; //标签
    class Cache
    {
    private:
        ReplaceAlgorithm *m_ra;
    public:
        Cache(enum RA ra) 
        { 
            if(ra == LRU)
                m_ra = new LRU_ReplaceAlgorithm();
            else if(ra == FIFO)
                m_ra = new FIFO_ReplaceAlgorithm();
            else if(ra == RANDOM)
                m_ra = new Random_ReplaceAlgorithm();
            else 
                m_ra = NULL;
        }
        ~Cache() { delete m_ra; }
        void Replace() { m_ra->Replace(); }
    };
    
    int main()
    {
        Cache cache(LRU); //指定标签即可
        cache.Replace();
        return 0;
    }

           相比方式一,这种方式用起来方便多了。其实这种方式将简单工厂模式与策略模式结合在一起,算法的定义使用了策略模式,而Cache的定义其实使用了简单工厂模式。

              上面两种方式,构造函数都需要形参。构造函数是否可以不用参数呢?下面给出第三种实现方式。

              方式三:利用模板实现。算法通过模板的实参指定。当然了,还是使用了参数,只不过不是构造函数的参数。在策略模式中,参数的传递难以避免,客户必须指定某种算法。

    //Cache需要用到替换算法
    template <class RA>
    class Cache
    {
    private:
        RA m_ra;
    public:
        Cache() { }
        ~Cache() { }
        void Replace() { m_ra.Replace(); }
    };
    
    int main()
    {
        Cache<Random_ReplaceAlgorithm> cache; //模板实参
        cache.Replace();
        return 0;
    }
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