First Head 设计模式之策略模式（Strategy Pattern）

Posted 2020-06-21 墨遥

前言：

刚刚开始学习设计模式，之前也接触过一些，但是从来都没有系统的学过，这次打算好好的学习一下。这里就当是对学习过程的一个记录、整理，以便可以在以后不时的温故知新。

这一节采用一个鸭子的示例，层层推进，引入策略模式。具体如下：

1.   基本需求：创建有一些特性的鸭子

鸭子拥有如下的一些特性：游泳戏水、呱呱叫、外观

初步实现鸭子的特性：

鸭子超类：

public abstract class Duck
    {
        public void Quack()
        {
            Console.WriteLine("鸭子叫：呱呱呱");
        }
        public void Swim()
        {
            Console.WriteLine("鸭子游泳");
        }
        public abstract voidDisplay();
    }

 

鸭子子类：

public class MallardDuck:Duck
    {
        public override voidDisplay()
        {
            Console.WriteLine("绿头鸭");
        }
    }
 
    public class RedHeadDuck : Duck
    {
        public override voidDisplay()
        {
            Console.WriteLine("红头鸭");
        }
    }
 

2.   新的需求：让鸭子飞

2.1 在Duck类中添加飞的方法

如下：

 public abstract class Duck
    {
        public void Quack()
        {
            Console.WriteLine("鸭子叫：呱呱呱");
        }
        public void Swim()
        {
            Console.WriteLine("鸭子游泳");
        }
 
        public void Fly()
        {
            Console.WriteLine("鸭子飞了");
        }
        public abstract voidDisplay();
    }          

2.2 并非所有的鸭子都能飞

 这个时候会带来一下新的问题：

并非所有的鸭子都能飞，比如：橡皮鸭

并非所有的鸭子都能呱呱叫：比如：橡皮鸭

对应的解决办法：

2.3 覆盖鸭子超类中的Fly和Quack方法

通过在橡皮鸭的实现中覆盖鸭子超类中的Fly和Quack方法

如下：

public class RubberDuck : Duck
    {
        public new void Fly()
        {
            //Do nothing
        }
 
        public new void Quack()
        {
            Console.WriteLine("鸭子叫：吱吱吱");
        }
}

2.4 有些鸭子既不能飞也不能叫

这样带来的新的问题：

比如木头鸭，既不会游泳 也不会叫

如果直接继承自Duck超类，还需要对Fly和Quack方法进行重写。

这个时候我们可能意识到继承不是解决问题的最终办法，因为每一个继承自鸭子的子类都需要去被迫的检查并且可能要覆盖Fly和Quack方法。

我们可能只需要让某些鸭子具有Fly和Quack即可

2.5 通过接口让某些鸭子具有Fly和Quack特性

通过接口来解决此问题

如下所示：

public interface IFlyable
    {
        public void Fly();
    }
 
    public interface IQuackable
    {
        public void Quack();
}
 
public class MoodDuck : IFlyable, IQuackable
    {
        public void Fly()
        {
            //Can‘t Fly
        }
 
        public void Quack()
        {
            //Can‘t Quack
        }
    }

通过接口的方式虽然结局了一部分鸭子不会飞或者不会叫的问题，

2.6 针对实现编程，代码不能复用

使用接口产生新的问题：

代码不能复用，产生过多的重复代码。如果你想要修改某个行为，必须在买个定义了此行为的类中修改它，这样很可能造成新的错误。

2.7 封装变化，针对接口编程

这个时候出现了第一个设计原则：

找出应用中可能需要变化之处，把它们独立出来，不要和那些不需要变化的代码放在一起。

即：

把会变化的部分抽取并封装起来，以便以后可以轻易的改动或者扩充此部分，而不影响其他不变的部分。

分开变化和不会变化的部分，在本例中Fly和Quack会随着鸭子的不同而改变，所以我们要将其抽离出Dock类，并建立一组新类来代表每个行为。

这时出现了设计的另一个原则：

针对接口编程，而不是针对实现编程。

这里我们用接口代表每个行为，例如：IFlyable和IQuackable，每个行为的实现都将实现对应的接口。

所以鸭子类不会负责实现IFlyable和IQuackable接口，而是由一组其他专门的类来实现对应的接口，称之为“实现类”。

这种做法跟之前做法的区别：

l  之前的做法中行为的实现来自超类的具体实现，或者继承某个接口的子类实现，这些做法都依赖于实现。

l  新的设计中，鸭子子类通过使用接口表示行为，所以实现不会被绑定在子类中，特定的行为编写在实现了接口的类中。

“针对接口编程”真正的意思是“针对超类型”编程

即

变量的声明类型应该是超类型，通常是一个抽象类或者接口，因此只要是实现了抽象类或者接口的对象，都可以指定给这个变量，即声明类型时不用理会以后执行时真正的对象类型。

接下来我们就可以实现鸭子具体的行为了，如下：

/// 会飞的行为类
    /// </summary>
    public classFlyWithWings:IFlyable
    {
        public void Fly ()
        {
            Console.WriteLine("用翅膀飞");
        }
    }
 
    /// <summary>
    /// 不会飞的行为类
    /// </summary>
    public class FlyNoWay : IFlyable
    {
        public void Fly()
        {
            Console.WriteLine("不会飞");
        }
    }
 
    /// <summary>
    /// 呱呱叫的行为类
    /// </summary>
    public class Quack : IQuackable
    {
        public void Quack()
        {
            Console.WriteLine("呱呱叫");
        }
    }
 
    /// <summary>
    /// 吱吱叫的行为类
    /// </summary>
    public class Squeak : IQuackable
    {
        public void Quack()
        {
            Console.WriteLine("吱吱叫");
        }
    }
 
    /// <summary>
    /// 不会叫的行为类
    /// </summary>
    public class MuteQuack :IQuackable
    {
        public void Quack()
        {
            Console.WriteLine("不会叫");
        }
    }

接下来我们要对鸭子的行为进行整合，其核心思想就是：将鸭子飞行和叫的行为委托别人处理，不使用定义在Duck类内的叫和飞行方法。

具体做法如下：

1.    在Duck类中新增2个实例变量，分别为“flyBehavior”和“quackBehavior”声明为接口类型（每个鸭子对象会动态的设置这些变量，在运行时引用正确的行为类型）

2.    将Duck类中的Quack（）和Fly（）方法删除，同时新增PerformFly（）和PerformQuack（）来取代这两个类

3.    实现PerformFly（）和PerformQuack（）,如下所示：

 /// Description:鸭子超类
    /// </summary>
    public abstract class Duck
    {
        public IFlyable flyBehavior;
        public IQuackablequackBehavior;
 
        public void PerformFly()
        {
            flyBehavior.Fly();
        }
 
        public void PerformQuack()
        {
            quackBehavior.Quack();
        }
 
        public void Swim()
        {
            Console.WriteLine("鸭子游泳");
        }
 
       
        public abstract voidDisplay();
    }

这样做的结果就是我们可以忽略flyBehavior和quackBehavior接口对象到底是什么，只需要关心该对象如何进行相应的行为即可。

4.    设定flyBehavior类和quackBehavior类的实例变量，如下所示：

    public class MallardDuck : Duck
    {
        public MallardDuck()
        {
            flyBehavior = newFlyWithWings();//使用FlyWithWings类处理飞行，当PerformFly（）被调用时，飞的职责被委托给FlyWithWings对象，得到真正的飞
            quackBehavior = newQuack();
        }
 
        public override voidDisplay()
        {
            Console.WriteLine("绿头鸭");
        }
    }
}

说明：

当MallardDuck实例化的时候，构造器会把继承自quackBehavior的实例变量初始化成Quack类型的新实例，同样对于飞的行为也是如此。

5.    测试，如下：

  Duck.Duck mallard = new MallardDuck();

            mallard.PerformFly();

            mallard.PerformQuack();

            Console.Read();

结果如下：

动态的设定行为

为了能够充分的用到我们之前建的一些鸭子的动态行为，我们可以在鸭子子类中通过设定方法来设定鸭子的行为，而不是在样子的构造器内实例化。具体步骤如下：

1.    在Duck类中新增两个设置方法，如下：

  public void SetFlyBehavior(IFlyable fly)
        {
            flyBehavior = fly;
        }
 
        public voidSetQuackBehavior(IQuackable quack)
        {
            quackBehavior = quack;
        }

2.    创建新的鸭子类型

 public class ModelDuck : Duck
    {
        public ModelDuck()
        {
            flyBehavior = newFlyNoWay();
            quackBehavior = newSqueak();
        }
        public override void Display()
        {
            Console.WriteLine("模型鸭");
        }
    }

3.    创建一个新的FlyBehavior类型

public class FlyRocket : IFlyable
    {
        public void Fly()
        {
           Console.WriteLine("Fly with Rocket!");
        }
    }

4.    测试

Duck.Duck model = new ModelDuck();
            model.PerformFly();
            model.PerformQuack();
            model.SetFlyBehavior(newFlyRocket());
            model.PerformFly();

结果如下：

从上边的结果中我们可以看出，在初始化ModelDuck的时候，我们对flyBehavior对象进行了FlyNoWay的初始化，所以显示的飞行的行为为：不会飞，后边我们又通过SetFlyBehavior方法动态设置了flyBehavior的实例，所以后边就有了Fly with Rocket的行为啦。

上边的例子对于每一个鸭子都有一个FlyBehavior和QuackBehavior,当你将两个类结合起来使用，就是组合，这种做法和继承的不同之处在于，鸭子的行为不是继承来的，而是合适的对象组合来的。这里用到了面向对象的第三个设计原则：

多用组合，少用继承

通过刚刚讲的这么多，引出了本章的第一个模式：

策略模式：定义了算法簇（这里的算法簇就相当于一组行为），分别封装起来，让他们之间可以相互替换，此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。

3.   总结

通过本章的学习，我们可以了解掌握以下知识：

1.    面向对象设计的原则（部分）：

l 封装变化

l 多用组合，少用继承

l 针对接口编程，不针对实现编程

2.    面向对象模式---策略模式：

定义算法簇，分别封装起来，让它们之间可以相互替换，此模式让算法变化独立于使用算法的客户。