设计模式C++实现 —— 策略模式

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?
  1. //抽象接口  
  2. class ReplaceAlgorithm  
  3. {  
  4. public:  
  5.     virtual void Replace() = 0;  
  6. };  
  7. //三种具体的替换算法  
  8. class LRU_ReplaceAlgorithm : public ReplaceAlgorithm  
  9. {  
  10. public:  
  11.     void Replace() { cout<<"Least Recently Used replace algorithm"<<endl; }  
  12. };  
  13.   
  14. class FIFO_ReplaceAlgorithm : public ReplaceAlgorithm  
  15. {  
  16. public:  
  17.     void Replace() { cout<<"First in First out replace algorithm"<<endl; }  
  18. };  
  19. class Random_ReplaceAlgorithm: public ReplaceAlgorithm  
  20. {  
  21. public:  
  22.     void Replace() { cout<<"Random replace algorithm"<<endl; }  
  23. };  

         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?
  1. //Cache需要用到替换算法  
  2. class Cache  
  3. {  
  4. private:  
  5.     ReplaceAlgorithm *m_ra;  
  6. public:  
  7.     Cache(ReplaceAlgorithm *ra) { m_ra = ra; }  
  8.     ~Cache() { delete m_ra; }  
  9.     void Replace() { m_ra->Replace(); }  
  10. };  
          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?
  1. int main()  
  2. {  
  3.     Cache cache(new LRU_ReplaceAlgorithm()); //暴露了算法的定义  
  4.     cache.Replace();  
  5.     return 0;  
  6. }  
          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?
  1. //Cache需要用到替换算法  
  2. enum RA {LRU, FIFO, RANDOM}; //标签  
  3. class Cache  
  4. {  
  5. private:  
  6.     ReplaceAlgorithm *m_ra;  
  7. public:  
  8.     Cache(enum RA ra)   
  9.     {   
  10.         if(ra == LRU)  
  11.             m_ra = new LRU_ReplaceAlgorithm();  
  12.         else if(ra == FIFO)  
  13.             m_ra = new FIFO_ReplaceAlgorithm();  
  14.         else if(ra == RANDOM)  
  15.             m_ra = new Random_ReplaceAlgorithm();  
  16.         else   
  17.             m_ra = NULL;  
  18.     }  
  19.     ~Cache() { delete m_ra; }  
  20.     void Replace() { m_ra->Replace(); }  
  21. };  
          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?
  1. int main()  
  2. {  
  3.     Cache cache(LRU); //指定标签即可  
  4.     cache.Replace();  
  5.     return 0;  
  6. }  
          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?
  1. //Cache需要用到替换算法  
  2. template <class RA>  
  3. class Cache  
  4. {  
  5. private:  
  6.     RA m_ra;  
  7. public:  
  8.     Cache() { }  
  9.     ~Cache() { }  
  10.     void Replace() { m_ra.Replace(); }  
  11. };  
           使用方式如下:

[cpp] view plaincopyprint?
  1. int main()  
  2. {  
  3.     Cache<Random_ReplaceAlgorithm> cache; //模板实参  
  4.     cache.Replace();  
  5.     return 0;  
  6. }  
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