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策略模式的C++实现示例

article 2025/3/10 17:53:25

核心思想

策略模式是一种行为型设计模式，它定义了一系列算法，并将每个算法封装在独立的类中，使得它们可以互相替换。策略模式让算法的变化独立于使用它的客户端，从而使得客户端可以根据需要动态切换算法，而不需要修改其代码。策略模式的核心是将算法与使用算法的客户端解耦，使得算法可以独立于客户端变化。

**Context：**持有一个策略对象的引用，负责调用策略的具体实现。
**Strategy：**定义所有支持的算法的公共接口。
**ConcreteStrategy：**实现Strategy接口，提供具体的算法实现。

使用场景

多种算法切换：如排序算法（快速排序、冒泡排序等）或支付方式（信用卡、支付宝等）。
避免条件语句：当代码中有大量条件分支用于选择不同行为时，可以用策略模式替代。
算法复用：当多个类需要共享相同的行为，但行为的具体实现不同时。
动态切换行为：如游戏中的角色在不同状态下使用不同的攻击策略。
测试与调试：策略模式可以方便地替换算法的实现，便于测试和调试。

解决的问题

代码重复问题：
如果多个类使用相同的算法，但算法的实现分散在各处，会导致代码重复。策略模式将算法集中管理，避免重复。

紧耦合问题：
在传统设计中，算法直接嵌入在客户端代码中，导致客户端与算法紧耦合。策略模式通过将算法抽象为接口，解耦了客户端和具体算法。

扩展性问题：
新增算法时，需要修改客户端代码。策略模式允许动态添加新算法，而无需修改现有代码。

条件分支问题：
当代码中有大量条件分支用于选择不同行为时，策略模式可以将其替换为对象的多态调用，使代码更清晰。

优点

**开闭原则：**新增算法无需修改现有代码，只需添加新的策略类。
**解耦：**将算法的实现与使用分离，提高代码的灵活性和可维护性。
**复用性：**策略类可以在不同上下文中复用。
**简化测试：**每个策略类可以独立测试。

缺点

**类数量增加：**每个算法都需要一个单独的类，可能导致类的数量增多。
**客户端需要了解策略：**客户端需要知道有哪些策略，并选择合适的策略。
**性能开销：**策略模式可能引入额外的对象创建和调用开销。

示例代码

如下代码中，Context类（即客户端）是稳定、可以不变的，变化的是策略，而策略是根据运行时的实际情况来选择的。通过继承Strategy类并重写execute()接口实现策略的扩展。

#include <iostream>
#include <memory>

// 抽象策略接口
class Strategy {
public:
    virtual void execute() const = 0;
    virtual ~Strategy() = default;  // 虚析构函数，确保正确释放资源
};

// 具体策略A
class ConcreteStrategyA : public Strategy {
public:
    void execute() const override {
        std::cout << "执行策略A" << std::endl;
    }
};

// 具体策略B
class ConcreteStrategyB : public Strategy {
public:
    void execute() const override {
        std::cout << "执行策略B" << std::endl;
    }
};

// 上下文类，持有策略对象并调用其方法
class Context {
private:
    std::unique_ptr<Strategy> strategy;  // 使用智能指针管理策略对象

public:
    // 构造函数，允许传入策略对象
    Context(std::unique_ptr<Strategy> s) : strategy(std::move(s)) {}

    // 设置策略
    void setStrategy(std::unique_ptr<Strategy> s) {
        strategy = std::move(s);
    }

    // 执行策略
    void executeStrategy() const {
        if (strategy) {
            strategy->execute();
        } else {
            std::cout << "未设置策略" << std::endl;
        }
    }
};

int main() {
    // 创建上下文对象，并初始化为策略A
    Context context(std::make_unique<ConcreteStrategyA>());
    context.executeStrategy();  // 输出: 执行策略A

    // 动态切换到策略B
    context.setStrategy(std::make_unique<ConcreteStrategyB>());
    context.executeStrategy();  // 输出: 执行策略B

    return 0;
}

代码说明

Strategy：抽象策略接口，定义了所有具体策略类必须实现的方法execute()。
ConcreteStrategyA 和 ConcreteStrategyB：具体策略类，分别实现了不同的算法或行为。
Context：上下文类，持有一个策略对象的引用，并提供了设置策略和执行策略的方法。
智能指针：使用std::unique_ptr管理策略对象的生命周期，避免内存泄漏。