C++策略模式：灵活算法的优雅实现

策略模式的核心思想

策略模式属于行为型设计模式，通过定义一系列算法并将其封装成独立的类，使它们可以相互替换。该模式让算法的变化独立于使用它的客户端，提升系统的灵活性和可扩展性。

在C++中，策略模式通常通过抽象基类定义算法接口，具体策略类实现该接口，上下文类持有策略对象的引用并通过接口调用算法。

策略模式的实现结构

抽象策略类

定义所有支持的算法或行为的公共接口，通常为纯虚基类：

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

具体策略类

实现抽象策略定义的接口，提供具体算法实现：

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

维护策略对象的引用，通过策略接口与具体策略交互：

class Context {
private:
    std::unique_ptr<Strategy> strategy;
public:
    explicit Context(std::unique_ptr<Strategy>&& s) : strategy(std::move(s)) {}
    
    void setStrategy(std::unique_ptr<Strategy>&& s) {
        strategy = std::move(s);
    }
    
    void executeStrategy() const {
        strategy->execute();
    }
};

策略模式的应用示例

以下示例展示支付系统中不同支付策略的动态切换：

// 支付策略接口
class PaymentStrategy {
public:
    virtual void pay(double amount) const = 0;
    virtual ~PaymentStrategy() = default;
};

// 具体支付策略
class CreditCardPayment : public PaymentStrategy {
public:
    void pay(double amount) const override {
        std::cout << "Paying $" << amount << " via Credit Card\n";
    }
};

class PayPalPayment : public PaymentStrategy {
public:
    void pay(double amount) const override {
        std::cout << "Paying $" << amount << " via PayPal\n";
    }
};

// 支付上下文
class PaymentProcessor {
    std::unique_ptr<PaymentStrategy> strategy;
public:
    void setStrategy(std::unique_ptr<PaymentStrategy>&& s) {
        strategy = std::move(s);
    }
    
    void processPayment(double amount) const {
        strategy->pay(amount);
    }
};

// 客户端代码
int main() {
    PaymentProcessor processor;
    processor.setStrategy(std::make_unique<CreditCardPayment>());
    processor.processPayment(100.0);
    
    processor.setStrategy(std::make_unique<PayPalPayment>());
    processor.processPayment(200.0);
}

策略模式的优缺点分析

优点

符合开闭原则：新增策略无需修改现有代码
消除条件语句：避免使用大量if-else或switch-case判断不同策略
提高复用性：相同策略可被不同上下文复用

缺点

客户端必须了解所有策略：需要知道不同策略的区别以选择合适的策略
增加对象数量：每个具体策略都会产生一个新类
通信开销：策略与上下文可能需要通过接口传递额外数据

策略模式与状态模式的区别

虽然两者结构相似，但存在本质差异：

策略模式：客户端主动选择策略，策略之间通常独立且无状态转换
状态模式：状态转换由内部条件触发，状态之间可能存在关联关系

现代C++实现的改进

使用std::function和lambda表达式可以简化策略模式的实现：

class ModernContext {
private:
    std::function<void()> strategy;
public:
    void setStrategy(std::function<void()>&& s) {
        strategy = std::move(s);
    }
    
    void execute() const {
        strategy();
    }
};

// 客户端代码
ModernContext ctx;
ctx.setStrategy([](){ std::cout << "Lambda Strategy\n"; });
ctx.execute();

实际应用场景

排序算法选择：根据数据特征选择快速排序、归并排序等不同策略
压缩算法切换：支持ZIP、RAR等多种压缩格式
游戏AI行为：NPC根据环境选择攻击、逃跑或巡逻等不同行为策略
验证系统：支持密码验证、指纹验证、面部识别等多种验证方式

性能考量

在性能敏感场景中需注意：

虚函数调用开销：策略模式涉及动态绑定，可能影响性能
对象创建成本：频繁切换策略可能导致对象反复创建销毁
内存占用：大量策略类会增加内存消耗

可通过对象池、策略缓存等技术进行优化。

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BbS.okacop083.info/PoSt/1120_995656.HtM
BbS.okacop084.info/PoSt/1120_303962.HtM
BbS.okacop085.info/PoSt/1120_623460.HtM
BbS.okacop086.info/PoSt/1120_382483.HtM
BbS.okacop087.info/PoSt/1120_106014.HtM
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