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C++設計模式之策略模式

編輯：C++入門知識

C++設計模式之策略模式

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1、策略模式

在策略模式中，我們可以定義一些獨立的類來封裝不同的算法，每一個類封裝一種具體的算法，在這裡，每一個封裝算法的類我們都可以稱之為一種策略(Strategy)，為了保證這些策略在使用時具有一致性，一般會提供一個抽象的策略類來做規則的定義，而每種算法則對應於一個具體策略類。

策略模式的主要目的是將算法的定義與使用分開，也就是將算法的行為和環境分開，將算法的定義放在專門的策略類中，每一個策略類封裝了一種實現算法，使用算法的環境類針對抽象策略類進行編程，符合“針對抽象進行編程原則”。在出現新的算法時，只需要增加一個新的實現了抽象策略類的具體策略類即可。策略模式定義如下：

策略模式(Strategy Pattern)：定義一系列算法類，將每一個算法封裝起來，並讓它們可以相互替換，策略模式讓算法獨立於使用它的客戶而變化，也稱為政策模式(Policy)。策略模式是一種對象行為型模式。

策略模式結構並不復雜，但我們需要理解其中環境類Context。

在策略模式結構圖中包含如下幾個角色：

Context（環境類）：環境類是使用算法的角色，在環境類中維持一個對抽象策略類的引用實例，用於定義所采用的策略，實際上環境類將調用策略類中實現算法的方法。環境類針對抽象策略進行編程，無需知道具體是哪一種策略，只要該策略類中實現了具體的算法方法就可以。在同一時刻，環境類只能使用一種策略，而不能使用多種。

Strategy（抽象策略類）：它為所支持的算法聲明了抽象方法，是所有策略類的父類，它可以是抽象類或具體類，也可以是接口。環境類通過抽象策略類中聲明的方法在運行時調用具體策略類中實現的算法。

ConcreteStrategy（具體策略類）：它實現了在抽象策略類中聲明的算法，在運行時，具體策略類將覆蓋在環境類中定義的抽象策略類對象，使用一種具體的算法實現某個業務處理。

策略模式是一個比較容易理解和使用的設計模式，策略模式是對算法的封裝，它把算法的責任和算法本身分割開，委派給不同的對象管理。策略模式通常把一個系列的算法封裝到一系列具體策略類裡面，作為抽象策略類的子類。在策略模式中，對環境類和抽象策略類的理解非常重要，環境類是需要使用算法的類。

2、游戲武器系統的設計與實現

現需要開發一款射擊類游戲，玩家可以選擇斧頭、手槍、AK47沖鋒槍三種武器，每種武器都有不同的殺傷力等級，如斧頭殺傷力6級，手槍殺傷力8級，AK47殺傷力10級。要求系統具有擴展性，如果有其他的武器，可以直接進行擴展，請使用策略模式進行設計。

可以設計一個抽象武器類，具體武器如斧頭、手槍、AK47繼承於抽象武器類。

武器類的實現代碼如下：

#ifndef _WEAPON_H_
#define _WEAPON_H_
#include 
#include 
using namespace std;

//抽象武器類(抽象策略)
class Weapon
{
public:
	//虛方法，使用武器打斗
	virtual void Fight(string Player) = 0;
};


//手槍(具體策略)
class Gun : public Weapon
{
public:
	void Fight(string Player, int nKillAbility)
	{
		cout << "游戲玩家:" << Player << "   戰斗力:8級" << endl;
	}
};


//Ak47沖鋒槍(具體策略)
class Ak47 : public Weapon
{
public:
	void Fight(string Player)
	{
		cout << "游戲玩家:" << Player << "   戰斗力:10級" <<  endl;
	}
};


//斧頭(具體策略)
class Axe : public Weapon
{
public:
	void Fight(string Player)
	{
		cout << "游戲玩家:" << Player << "   戰斗力:6級" <<  endl;
	}
};


#endif

Weapon是抽象策略類，具體武器Gun、Ak47、Axe是具體的策略類。每個具體策略實現抽象策略中打斗方法。

現在需要設計一個游戲玩家類，也就是環境類，游戲玩家來使用具體的某種武器。游戲玩家實現代碼如下:

#ifndef _PLAYER_H_
#define _PLAYER_H_
#include 
#include 
#include "Weapon.h"

using namespace std;

//游戲玩家(環境類)
class Player 
{
private:
	//玩家名稱
	string m_strPlayer;

	//玩家使用的武器
	Weapon * m_pWeapon;
public:
	//設置玩家名稱
	void SetPlayer(string strPlayer)
	{
		m_strPlayer = strPlayer;
	}

	//設置玩家使用的武器
	void SetWeapon(Weapon * pWeapon)
	{
		m_pWeapon = pWeapon;
	}

	//玩家使用武器打斗
	void Fight()
	{
		m_pWeapon->Fight(m_strPlayer);
	}
};

#endif

游戲玩家Player維持一個武器類對象的引用。當玩家需要使用某種武器的時候，只需要把武器通過SetWeapon設置給玩家，玩家就可以通過使用這種武器進行打斗操作，實際上調用的仍是武器類的打斗方法。測試代碼實現如下：

#include 
#include "Player.h"
#include "Weapon.h"

using namespace std;

int main()
{
	//創建Ak47武器對象
	Weapon * pAk47 = new Ak47();

	//創建玩家對象
	Player * pPlayer = new Player();
	pPlayer->SetPlayer("挑戰者");
	pPlayer->SetWeapon(pAk47);

	//打斗
	pPlayer->Fight();
     
        //銷毀操作
	delete pPlayer;
	pPlayer = NULL;

	delete pAk47;
	pAk47 = NULL;

	return 0;
}

編譯並運行，結果如下：

因為游戲玩家（環境類）針對抽象武器策略進行編程。如果需要更換武器策略，無需修改代碼，只需要把具體武器策略設置給游戲玩家就可以了，可以隨時切換武器。環境類不需要知道具體使用哪種策略，符合"針對抽象編程原則"。如果需要添加新的武器，只需要增加一個新的武器類，作為抽象武器類的子類，實現抽象類中的打斗方法。無需修改之前的代碼，符合"開放封閉原則"。

3、策略模式總結

策略模式用於算法的自由切換和擴展，它是應用較為廣泛的設計模式之一。策略模式對應於解決某一問題的一個算法族，允許用戶從該算法族中任選一個算法來解決某一問題，同時可以方便地更換算法或者增加新的算法。只要涉及到算法的封裝、復用和切換都可以考慮使用策略模式。如果需要添加新的策略，只需要增加一個新的策略類，作為抽象策略類的子類，實現抽象類中的方法，無需修改之前的代碼，符合"開放封閉原則"。環境類針對抽象策略進行編程，如果需要更換，只需要把具體策略設置給環境類就可以了，可以隨時切策略。環境類不需要知道具體使用哪種策略，符合"針對抽象編程原則。由於引進了環境類，客戶端不需要直接操作具體策略，而是由環境類對策略進行操作處理。環境類起承上啟下的作用，屏蔽高層模塊對策略算法的直接訪問，封裝可能存在的變化。環境類和策略類是一種組合關系，通過組合實現對策略類代碼的復用。

1.主要優點

策略模式的主要優點如下：

(1) 策略模式提供了對“開閉原則”的完美支持，用戶可以在不修改原有系統的基礎上選擇算法或行為，也可以靈活地增加新的算法或行為。

(2) 策略模式提供了管理相關的算法族的辦法。策略類的等級結構定義了一個算法或行為族，恰當使用繼承可以把公共的代碼移到抽象策略類中，從而避免重復的代碼。

(3) 使用策略模式可以避免多重條件選擇語句。多重條件選擇語句不易維護，它把采取哪一種算法或行為的邏輯與算法或行為本身的實現邏輯混合在一起，將它們全部硬編碼在一個龐大的多重條件選擇語句中，比直接繼承環境類的辦法還要原始和落後。使用策略模式，if邏輯被封裝到各個策略中。

(4) 策略模式提供了一種算法的復用機制，由於將算法單獨提取出來封裝在策略類中，因此不同的環境類可以方便地復用這些策略類。

2.主要缺點

策略模式的主要缺點如下：

(1) 客戶端必須知道所有的策略類，並自行決定使用哪一個策略類。這就意味著客戶端必須理解這些算法的區別，以便適時選擇恰當的算法。換言之，策略模式只適用於客戶端知道所有的算法或行為的情況。違背"迪米特法則，也就是和直接朋友通信原則"，可以通過簡單工廠模式來解決這個問題。

(2) 策略模式將造成系統產生很多具體策略類，任何細小的變化都將導致系統要增加一個新的具體策略類。

(3) 無法同時在客戶端使用多個策略類，也就是說，在使用策略模式時，客戶端每次只能使用一個策略類，不支持使用一個策略類完成部分功能後再使用另一個策略類來完成剩余功能的情況。

3.策略模式具體應用