设计模式C++实现 —— 策略模式

2024-05-09 02:27:17

策略模式是指定义一系列的算法，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。也就是说这些算法所完成的功能一样，对外的接口一样，只是各自实现上存在差异。用策略模式来封装算法，效果比较好。下面以高速缓存（Cache）的替换算法为例，实现策略模式。

什么是Cache的替换算法呢？简单解释一下，当发生Cache缺失时，Cache控制器必须选择Cache中的一行，并用欲获得的数据来替换它。所采用的选择策略就是Cache的替换算法。下面给出相应的UML图。

ReplaceAlgorithm是一个抽象类，定义了算法的接口，有三个类继承自这个抽象类，也就是具体的算法实现。Cache类中需要使用替换算法，因此维护了一个 ReplaceAlgorithm的对象。这个UML图的结构就是策略模式的典型结构。下面根据UML图，给出相应的实现。

首先给出替换算法的定义。

[cpp] view plaincopyprint?

//抽象接口
class ReplaceAlgorithm
{
public:
virtual void Replace() = 0;
};
//三种具体的替换算法
class LRU_ReplaceAlgorithm : public ReplaceAlgorithm
{
public:
void Replace() { cout<<"Least Recently Used replace algorithm"<<endl; }
};
class FIFO_ReplaceAlgorithm : public ReplaceAlgorithm
{
public:
void Replace() { cout<<"First in First out replace algorithm"<<endl; }
};
class Random_ReplaceAlgorithm: public ReplaceAlgorithm
{
public:
void Replace() { cout<<"Random replace algorithm"<<endl; }
};

接着给出Cache的定义，这里很关键，Cache的实现方式直接影响了客户的使用方式，其关键在于如何指定替换算法。

方式一：直接通过参数指定，传入一个特定算法的指针。

[cpp] view plaincopyprint?

//Cache需要用到替换算法
class Cache
{
private:
ReplaceAlgorithm *m_ra;
public:
Cache(ReplaceAlgorithm *ra) { m_ra = ra; }
~Cache() { delete m_ra; }
void Replace() { m_ra->Replace(); }
};

如果用这种方式，客户就需要知道这些算法的具体定义。只能以下面这种方式使用，可以看到暴露了太多的细节。

[cpp] view plaincopyprint?

int main()
{
Cache cache(new LRU_ReplaceAlgorithm()); //暴露了算法的定义
cache.Replace();
return 0;
}

方式二：也是直接通过参数指定，只不过不是传入指针，而是一个标签。这样客户只要知道算法的相应标签即可，而不需要知道算法的具体定义。

[cpp] view plaincopyprint?

//Cache需要用到替换算法
enum RA {LRU, FIFO, RANDOM}; //标签
class Cache
{
private:
ReplaceAlgorithm *m_ra;
public:
Cache(enum RA ra)
{
if(ra == LRU)
m_ra = new LRU_ReplaceAlgorithm();
else if(ra == FIFO)
m_ra = new FIFO_ReplaceAlgorithm();
else if(ra == RANDOM)
m_ra = new Random_ReplaceAlgorithm();
else
m_ra = NULL;
}
~Cache() { delete m_ra; }
void Replace() { m_ra->Replace(); }
};

相比方式一，这种方式用起来方便多了。其实这种方式将简单工厂模式与策略模式结合在一起，算法的定义使用了策略模式，而Cache的定义其实使用了简单工厂模式。

[cpp] view plaincopyprint?

int main()
{
Cache cache(LRU); //指定标签即可
cache.Replace();
return 0;
}

上面两种方式，构造函数都需要形参。构造函数是否可以不用参数呢？下面给出第三种实现方式。

方式三：利用模板实现。算法通过模板的实参指定。当然了，还是使用了参数，只不过不是构造函数的参数。在策略模式中，参数的传递难以避免，客户必须指定某种算法。

[cpp] view plaincopyprint?

//Cache需要用到替换算法
template <class RA>
class Cache
{
private:
RA m_ra;
public:
Cache() { }
~Cache() { }
void Replace() { m_ra.Replace(); }
};

使用方式如下：

[cpp] view plaincopyprint?

int main()
{
Cache<Random_ReplaceAlgorithm> cache; //模板实参
cache.Replace();
return 0;
}

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