案例分析：设计模式与代码的结构特性

Posted 2020-11-24 demonatic

　　　　软件设计模式（Design pattern），又称设计模式，是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性、程序的重用性。

　　本文主要介绍设计模式中的策略模式，将对其目的、结构进行分析，包括各个模块的内聚度和模块之间的耦合度，并提供C++范例，说明封装方法。

　　一、策略模式目的

　　　　定义一系列算法，把它们一个个封装起来，并且时它们可以相互替换，使得算法可以独立于使用它们的客户端而变化。

　　二、为什么要使用策略模式？

　　 　　试想一个程序需要支持不同算法来分析一个文本流；如果程序直接包含分析文本算法的代码，那么当需要支持多种分析算法的时候程序将变得庞大且难以维护，算法和使用算法的代码高度耦合在一起，增加新的算法或改变现有算法将十分困难。

　　　　那么如果定义一个算法接口类，不同算法作为不同的子类继承这个接口呢？这也会导致一些问题，如动态改变算法会比较困难，最后你得到了一堆相关的类，它们之间唯一的差别是所使用的算法或者行为。

　　三、策略模式结构

　　　　这个时候策略模式便应运而生了。我们定义一个抽象的Strategy类包含一个Algorithm接口，使用子类ConcreteStrategyA/B/C来支持具体策略；Context类由一个Strategy对象配置，并维护对它的引用。整个结构如下：

　　　　

 

　　　　通常将Strategy实现为无状态的对象，其余的状态都由Context来维护，Context在每一次对Strategy对象的请求中都将这个状态传递过去，Strategy对象不应该在各次调用之间维护状态。

　　　　具体实现上需要考虑如何让Context传递给Strategy所需的状态。

　　　　方法一，可以让Context将数据放在参数中传递给Strategy操作，这使得Strategy和Context解耦，但另一方面Context可能发送一些Strategy不需要的数据。

　　　　方法二，让Context自身作为一个参数传递给Strategy，该Strategy再显示地调用Context方法请求数据，或者Strategy可以存储它对Context的一个引用，这样根本不需要在调用时传递任何东西。但现在Context必须对它的数据定义一个更为精细的接口，这将Strategy和Context紧密耦合在一起。

　　　　方法三，将Strategy作为Context的模板参数。但这种方式仅仅当满足如下条件时才可以用：①可以在编译时选择Strategy；②不需要在运行时改变。　　　　

 

 　       

template<class Astrategy>
class Context{
public:
    void operation(){ 
        theStrategy.DoAlgorithm();
    }
private:
    Astrategy theStrategy;
};

class MyStrategy{
public:
    void DoAlgorithm();
};

Context<MyStrategy> aContext;

 

　　　　使用模板不需要给Strategy定义接口的抽象类。把Strategy作为一个模板参数也使得可以将一个Strategy和它的Context静态绑定在一起，从而提高效率。

 

 　　四、示例分析

　　　　假设我们有一个APP，用户登录时支持多种方式验证用户身份，包含Basic、Digest、OpenID、OAuth，我们首先想到可以用如下方式验证代码

class BasicAuth {}
class DigestAuth {}
class OpenIDAuth {}
class OAuth {}

class AuthProgram {
    runProgram(authStrategy:any, ...) {
        this.authenticate(authStrategy)
        // ...
    }
    authenticate(authStrategy:any) {
        switch(authStrategy) {
            if(authStrategy == "basic")
                useBasic()
            if(authStrategy == "digest")
                useDigest()
            if(authStrategy == "openid")
                useOpenID()
            if(authStrategy == "oauth")
                useOAuth()
        }
    }
}

　　这种方式需要让AuthProgram以来一长串switch-case，并且当我们只需要使用一种验证方式时，也得进行一长串判断。而如果我们使用Strategy Pattern，可以给所有验证方式定义公共接口：

interface AuthStrategy {
    auth(): void;
}
class Auth0 implements AuthStrategy {
    auth() {
        log(‘Authenticating using Auth0 Strategy‘)
    }
}
class Basic implements AuthStrategy {
    auth() {
        log(‘Authenticating using Basic Strategy‘)
    }
}
class OpenID implements AuthStrategy {
    auth() {
        log(‘Authenticating using OpenID Strategy‘)
    }
}

　　而AuthenProgram可以简化许多：

class AuthProgram {
    private _strategy: AuthStrategy
    use(strategy: AuthStrategy) {
        this._strategy = strategy
        return this
    }
    authenticate() {
        if(this._strategy == null) {
            log("No Authentication Strategy set.")
        }
        this._strategy.auth()
    }
    route(path: string, strategy: AuthStrategy) {
        this._strategy = strategy
        this.authenticate()
        return this
    }
}

　　调用Authen：

 // Authenticating using OpenID Strategy
new AuthProgram().use(new OpenID()).authenticate()

　　可以看到现在的AuthenProgram没有了一长串条件判断语句，我们只需要为其设置好Strategy，让AuthenProgram直接调用即可，实现AuthenProgram与具体的验证算法实现方式解耦。需要什么方式进行验证，只需要传入验证Strategy给验证程序即可。