C++20策略模式：灵活算法动态切换

精读C++20设计模式——行为型设计模式：策略模式

策略模式的核心思想

策略模式（Strategy Pattern）是一种行为型设计模式，允许在运行时选择算法的行为。它将算法封装在独立的类中，使得它们可以互相替换而不影响客户端代码。策略模式通过将算法与使用算法的代码解耦，提高了代码的灵活性和可维护性。

在C++20中，策略模式可以利用现代C++特性（如std::variant、std::function、概念约束等）实现更简洁和类型安全的代码。

策略模式的实现步骤

定义策略接口
策略模式的核心是定义一个抽象的策略接口，通常是一个纯虚基类或C++20中的概念（Concept）。所有具体策略类必须实现该接口。

class Strategy {
public:
    virtual ~Strategy() = default;
    virtual void execute() const = 0;
};

实现具体策略
每个具体策略类实现策略接口，提供不同的算法或行为。例如：

class ConcreteStrategyA : public Strategy {
public:
    void execute() const override {
        std::cout << "Executing Strategy A\n";
    }
};

class ConcreteStrategyB : public Strategy {
public:
    void execute() const override {
        std::cout << "Executing Strategy B\n";
    }
};

上下文类（Context）
上下文类持有一个策略对象的引用，并在运行时调用其方法。C++20中可以使用std::unique_ptr或std::variant管理策略对象。

class Context {
private:
    std::unique_ptr<Strategy> strategy_;
public:
    explicit Context(std::unique_ptr<Strategy> strategy) 
        : strategy_(std::move(strategy)) {}

    void setStrategy(std::unique_ptr<Strategy> strategy) {
        strategy_ = std::move(strategy);
    }

    void executeStrategy() const {
        if (strategy_) {
            strategy_->execute();
        }
    }
};

使用C++20特性优化策略模式

利用std::function替代继承
C++20允许使用std::function和Lambda表达式实现策略模式，避免继承带来的复杂性。

using StrategyFunc = std::function<void()>;

class Context {
private:
    StrategyFunc strategy_;
public:
    void setStrategy(StrategyFunc strategy) {
        strategy_ = strategy;
    }

    void executeStrategy() const {
        if (strategy_) {
            strategy_();
        }
    }
};

// 使用示例
Context ctx;
ctx.setStrategy([]() { std::cout << "Lambda Strategy\n"; });
ctx.executeStrategy();

结合概念（Concepts）约束策略类型
C++20的概念（Concepts）可以用于约束策略类型，确保传入的策略符合特定接口。

template <typename T>
concept StrategyConcept = requires(T t) {
    { t.execute() } -> std::same_as<void>;
};

template <StrategyConcept T>
class Context {
private:
    T strategy_;
public:
    Context(T strategy) : strategy_(strategy) {}

    void executeStrategy() const {
        strategy_.execute();
    }
};

策略模式的应用场景

动态切换算法：例如排序算法（快速排序、归并排序）在运行时切换。
避免条件分支：替代大量的if-else或switch-case逻辑。
测试与模拟：在单元测试中替换真实策略为模拟策略。

策略模式的优缺点

优点

符合开闭原则（Open/Closed Principle），新增策略无需修改现有代码。
提高代码复用性，策略类可以在不同上下文中共享。
运行时灵活切换行为。

缺点

可能增加类的数量，每个策略需要一个单独的类。
客户端需要了解不同策略的差异。

总结

策略模式是C++20中实现灵活算法选择的强大工具，结合现代C++特性（如std::function、概念约束）可以进一步简化代码并提高类型安全性。适用于需要动态行为切换的场景，是行为型设计模式中的经典实现。

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