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C++ 设计模式：代理模式（Proxy Pattern）

article 2025/1/3 5:03:34

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代理模式（Proxy Pattern）是一种结构型设计模式，它为其他对象提供一种代理以控制（隔离，使用接口）对这个对象的访问。代理模式可以在不改变目标对象的情况下，通过代理对象来控制对目标对象的访问。

1.问题分析

在开发中，有些对象由于某种原因（比如对象创建的开销很大，或者某些操作需要安全控制，或者需要进程外的访问等），直接访问会给使用者、或者系统结构带来很多麻烦。如何在不失去透明操作对象的同时来管理、控制这些对象特有的复杂性？增加一层间接层是软件开发中常见的解决方式。

2.实现步骤

定义抽象主题接口：定义目标对象和代理对象的共同接口。
定义真实主题类：实现抽象主题接口，定义目标对象的具体行为。
定义代理类：实现抽象主题接口，包含对真实主题对象的引用，控制对真实主题对象的访问。
客户端代码：通过代理对象来访问目标对象的功能。

3.代码示例

假设传感器的初始化过程可能涉及复杂的硬件配置、校准、数据加载等操作，这些操作可能需要较长的时间。如果在系统启动时同步初始化所有传感器，可能会导致系统资源紧张，影响其他任务的执行。这可以采用延迟初始化的方式，来缓解对系统性能的影响。

3.1.定义抽象主题接口

class Sensor {
 public:
  virtual ~Sensor() = default;
  virtual void readData() = 0;
};

3.2.定义真实主题类

class RealSensor : public Sensor {
 public:
  RealSensor() { initialize(); }

  void readData() override { std::cout << "Reading sensor data..." << std::endl; }

 private:
  void initialize() {
    std::cout << "Initializing sensor..." << std::endl;
    // 模拟初始化开销
  }
};

3.3.定义代理类

class ProxySensor : public Sensor {
 public:
  ProxySensor() : realSensor_(nullptr) {}

  void readData() override {
    if (!realSensor_) {
      realSensor_ = std::make_unique<RealSensor>();
    }
    realSensor_->readData();
  }

 private:
  std::unique_ptr<RealSensor> realSensor_;
};

3.4.客户端代码

int main() {
  std::unique_ptr<Sensor> sensor = std::make_unique<ProxySensor>();

  // 传感器尚未初始化
  std::cout << "Sensor not initialized yet." << std::endl;

  // 第一次读取传感器数据，传感器将被初始化
  sensor->readData();

  // 第二次读取传感器数据，传感器不需要再次初始化
  sensor->readData();

  return 0;
}