第23章 行为型模式—策略模式

Posted 2020-08-03 浅墨浓香

1. 策略模式（Strategy Pattern）的定义

（1）定义：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。

　　①算法是同一接口的不同实现，地位是平等的，可以相互替换。

　　②引入上下文对象，可以实现让算法能独立使用它的客户。因为这个对象负责持有算法，但不负责决定具体选用哪个算法，把选择算法的功能交给了客户。

　　③当客户通知上下文对象执行功能的时候，上下文会转调具体的算法。

（2）策略模式的结构和说明

 

　　①Strategy：策略接口，用来约束一系列具体的策略算法。Context使用这个接口来调用具体的策略实现定义的算法。

　　②ConcreteStrategy：具体的策略实现，也就是具体的算法实现。

　　③Context：上下文，负责和具体的策略类交互。通常会持有一个真正的策略实现，上下文还可以让具体的策略类来获取上下文的数据，甚至让具体的策略来回调上下文的方法。

【编程实验】报价管理

 

//行为型模式——策略模式
//场景：CRM系统报价策略
/*
1.对普通客户或者是新客户报全价
2.对老客户的价格，统一折扣5%
3.对大客户报的价格，统一折扣10%
*/

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

//策略，定义计算报价算法的接口
class Strategy
{
public:
    //@param goodsPrice 商品销售原价
    //@return 计算出来的，应该给客户报的价格
    virtual double calcPrice(double goodsPrice) = 0;
};

//新客户或普通客户报价策略
class NormalCurstomerStrategy : public Strategy
{
public:
    double calcPrice(double goodsPrice)
    {
        cout << "对于新客户或者普通客户，没有打折." << endl;
        return goodsPrice;
    }
};

//老客户计算应报的价格
class OldCustomerStrategy : public Strategy
{
public:
    double calcPrice(double goodsPrice)
    {
        cout << "对于老客户，统一折扣5%" << endl;
        return goodsPrice*(1-0.05);
    }

};

//老客户计算应报的价格
class LargeCustomerStrategy : public Strategy
{
public:
    double calcPrice(double goodsPrice)
    {
        cout << "对于大客户，统一折扣10%" << endl;
        return goodsPrice*(1-0.1);
    }

};

//上下文实现
class Price
{
    Strategy* strategy;
public:
    Price(Strategy* strategy)
    {
        this->strategy = strategy;
    }

    //报价，计算对客户的报价（回调相应的打折策略）
    double quote(double goodsPrice)
    {
        return strategy->calcPrice(goodsPrice);
    }
};

int main()
{
    //1.选择并创建需要使用的策略对象
    Strategy* strategy = new LargeCustomerStrategy();
    //2.创建上下文
    Price ctx(strategy);

    //3.计算报价
    double price = ctx.quote(1000);

    cout << "向客户报价："<< price << endl;

    return 0;
}
/*输出结果
对于大客户，统一折扣10%
向客户报价：900
*/

2. 思考策略模式

（1）策略模式的本质：分离算法，选择实现

（2）策略模式的重心：不是如何实现算法，而是如何组织、调用这一系列的算法，从而让程序结构更加灵活，具有更好的维护性和扩展性。

（3）算法的平等性

　　策略模式一个很大的特点就是各个策略算法的平等性。对于一系列具体的策略算法大家的地位是完全一样的，所以才能实现算法之间可以相互替换。可以这样描述策略算法：它是相同行为的不同实现。（如同样是打折这一行为，但商家可以在不同的时间，选择不同的打折策略）

（4）谁来选择具体的策略算法

　　①一个地方是在客户端，当使用上下文的时候，由客户端选择具体的策略算法，然后把这个策略算法设置给上下文。

　　②还有一个地方是由上下文选择具体的策略算法。而状态模式可以由具体的状态实现去切换不同的状态。

（5）Strategy角色的实现方式：可以使用接口或抽象类，特别是当多个算法具有公共功能的时候，可以把Strategy实现成为抽象类。

（6）运行时策略的唯一性：运行期间，策略模式在每一个时刻只能使用一个具体的策略实现对象，虽然可以动态地在不同策略实现中切换，但是同时只能使用一个。

（7）Context和Strategy的关系

　　①在策略模式中，通常是上下文使用具体的策略实现对象。反过来，策略实现对象也可以从上下文获取所需要的数据。因此可以将上下文当作参数传递给策略实现对象。

　　②在这种情况下，上下文封装着具体策略对象进行算法运算所需要的数据，具体策略对象通过回调上下文的方法来获取这些数据。

【编程实验】排序策略的选择

//行为型模式——策略模式
//场景：排序算法策略

#include <iostream>

using namespace std;

//策略，定义排序算法策略的接口
class SortStrategy
{
public:
    virtual void sort(int a[],int len) = 0;
};

//具体的策略：选择排序
class SelectSort: public SortStrategy
{
public:
    void sort(int a[], int len)
    {
        int temp;
        for(int i=0; i< len; i++)
        {
            for (int j=i; j<len; j++)
            {
                if(a[i] < a[j])
                {
                    temp = a[i];
                    a[i] = a[j];
                    a[j] = temp;
                }
            }
        }
    }
};

//具体策略：冒泡排序
class BubbleSort: public SortStrategy
{
public:
    void sort(int a[], int len)
    {
        int i, j;
        int exchange = 1; //用于优化，如果是己排好序的，就无须再排。

        for (i = 0; (i < len)&& exchange; i++)
        {
            exchange = 0;
            for (j = len - 1; j>i;j--)
            {
                if (a[j]<a[j-1])
                {
                    int temp = a[j];
                    a[j] = a[j-1];
                    a[j-1] = temp;
                    exchange = 1;
                }
            }
        }
    }
};

//具体策略：插入排序
class InsertSort: public SortStrategy
{
public:
    void sort(int a[], int len)
    {
        int i, j, tmp;
        for (i = 1; i <=len - 1;i++)
        {
            tmp = a[i];
            for (j = i - 1; (j >= 0) && (a[j]>tmp); j--)
            {
                a[j + 1] = a[j];
                a[j] = tmp;
            }
        }
    }
};

//上下文类
class Context
{
    SortStrategy* sortStrategy;
public:
    Context(SortStrategy* sortStrategy)
    {
        this->sortStrategy = sortStrategy;
    }

    void sort(int array[], int len)
    {
        sortStrategy->sort(array, len);
    }
};

void show(int a[], int len)
{
    for (int i = 0; i < len; i++)
    {
        cout << a[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}

int main()
{
    int a[] = { 49, 38, 65, 97, 76, 13, 49, 27 };
    int len = sizeof(a)/sizeof(a[0]);
    //排序前

    cout << "排序前：";
    show(a, len);

    //创建具体的排序策略
    SortStrategy* ss = new BubbleSort(); //这里可以更改策略

    //创建上下文对象
    Context ctx(ss);

    ctx.sort(a, len);

    //显示排序后的结果：
    cout << "排序后：";
    show(a, len);

    return 0;
}

3. 容错恢复机制

（1）在程序运行的时候，正常情况下应该按照某种方式来做，此时如果发生错误的话，系统并不会崩溃，而是有容忍出错的能力。

（2）不但能容忍程序运行出现错误，还提供出现错误后的备用方案，也就是恢复机制来代替正常执行的功能，使程序继续向下运行。如日志记录，一般会记录在数据库里，但是当数据库暂时连不上时，可先记录在文本文件里，然后在合适的时候再转录到数据库中。

【编程实验】日志记录策略

 

//行为型模式——策略模式
//场景：容错恢复机制(策略模式+模板方法）
/*
    将日志记录到数据库和文件
*/
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

//日志记录策略的接口
class LogStrategy
{
public:
    //记录日志
    //@param msg 需要记录的日志信息
    virtual void log(string msg) = 0;
    virtual ~LogStrategy(){}
};

//实现日志策略的抽象模板，实现为消息添加时间
class LogStrategyTemplate : public LogStrategy
{
public:
    void log(string msg)
    {
        //1.增加内容
        string temp;
        temp = "2016-07-04 内容是:" + msg;

        //2.真正执行日志记录
        doLog(temp);
    }

    virtual void doLog(string msg) = 0;
};

//实现日志策略接口
//把日志记录到数据库
class DbLog : public LogStrategyTemplate
{
public:
    void doLog(string msg)
    {
        //制造错误，模仿数据库断开连接
        try
        {
            if(msg.length() >= 30)
                throw -1;
        }
        catch(...)
        {
            throw -1;
        }

        //数据连接正常时，直接写入数据库
        cout << "现在把\'" << msg
             << "\'记录到数据库中" << endl;
    }
};


//把日志记录到文件
class FileLog : public LogStrategyTemplate
{
public:
    void doLog(string msg)
    {
        cout << "现在把\'" <<msg
             <<"\'记录到文件中" << endl;
    }
};

//日志记录的上下文
class LogContext
{
private:
    LogStrategy* strategy;
public:

    void log(string msg)
    {
        //在上下文中，自行实现对具体策略的选择
        //优先选用策略：记录到数据库
        try
        {
            strategy = new DbLog();
            strategy->log(msg);
        }
        catch(...)
        {
            //出错了，那就记录到文件中
            strategy =  new FileLog();
            strategy->log(msg);
        }

        delete strategy;
    }
};

int main()
{
    LogContext log;
    log.log("记录日志");
    log.log("再次记录日志");

    system("pause");

    return 0;
}
/*输出结果:
现在把\'2016-07-04 内容是:记录日志\'记录到数据库中
现在把\'2016-07-04 内容是:再次记录日志\'记录到文件中
*/

4. 策略模式的优缺点

（1）优点

　　①定义一系列算法：策略模式的功能就是定义一系列的算法，实现让这些算法可以相互替换。所以会为这一系列算法定义公共的接口，以约束一系列算法要实现的功能。

　　②避免多重条件语句

　　③更好的扩展性：在策略模式中扩展新的策略实现非常容易，只要增加新的策略实现类，然后在使用策略的地方选择使用这个新的策略实现就可以了。

（2）缺点

　　①客户必须了解每种策略的不同。比如让客户端来选择具体使用哪一种策略，这就需要客户端了解所有的策略，还要了解各种策略的功能和不同，这样也暴露了策略的具体实现。

　　②增加了对象的数目。如果备选的策略很多的话，那么对象的数目就会很可观。

　　③只适合扁平的算法结构。策略模式的一系列算法地位是平等的，是可以相互替换的，事实上构成了一个扁平的算法结构，也就是在一个策略接口下，有多个平等的策略算法。而且运行的时刻只有一个算法被使用，这就限制了算法使用的层级，使用时不能嵌套使用。如折上折、折后返券等业务的实现，需要组合或嵌套使用多个算法的情况，可以考虑使用装饰模式或变形的责任链来实现。

5. 策略模式的应用场景

（1）GUI编程中的布局管理，资源访问策略等。

（2）出现多个if-else语句来选择行为的时候，可以考虑使用策略模式来代替这些条件语句。

（3）出现同一个算法，有很多不同的实现的情况下，可以使用策略模式来把这些“不同的实现”实现成一个算法的类层次。

6. 相关模式

（1）策略模式和状态模式

　　①状态模式是根据状态的变化来选择相应的行为。其处理的核心问题是状态迁移，因为当存在很多对象的状态下，各个状态之间的跳转和迁移过程是及其复杂的，涉及到多个角色的交互和跳转。在整个生命周期中存在一个状态的迁移曲线，这个迁移曲线对于客户是透明的。状态迁移是状态模式的核心内容；然而，在选择策略时，迁移与此毫无关系。

　　②策略模式偏重于可替换的算法，以及这些算法在对应的Context中的正确调用。而状态模式偏重于各状态自身的逻辑运行，其功能类之间是不能相互替换的。如在策略模式中，可能根据不需情况对商品使用不同的打折策略，而状态模式中请假条的审批应先提交项目经理，再提交部门经理，而不能反过来，因固有的逻辑顺序，所以具有不可替换性。

　　③状态模式在实现功能的同时，还会维护状态数据的变化及各个状态间的切换。一般在具体的状态实现里会改变Context中的当前状态并调用该状态下相应的方法。这是策略模式和状态模式的明显不同点！！

　　④策略模式允许一个客户选择或提供一种策略，而这种思想在状态模式中是不明显的。策略模式行为对象的改变，一般都是外部造成的。而状态模式中对象行为的改变，则即可能是外部造成，也可能是行为对象自身造成的，但通常是自我控制状态的改变。

　　⑤Strategy对象一般不会持有自己的数据（因为策略模式封装的只是算法！！），而状态对象则有可能持有自己的数据（stateless型或者state型）

（2）策略模式和模板方法模式

　　①模板方法重在封装算法骨架

　　②策略模式重在分离并封装算法实现

（3）策略模式和享元模式

　　策略模式分离并封装出一系列的策略算法对象，这些对象的功能通常都比较单一，很多时候就是为了实现某个算法的功能而存在。因此，针对这一系列的、多个细粒度的对象，可以应用享元模式来节省资源。