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。
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; }