软件设计模式系列之二十三——策略模式

  • 2023-12-12 23:30:32
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1 模式的定义

策略模式(Strategy Pattern)是一种行为型设计模式,它允许在运行时动态选择算法的行为。这意味着你可以定义一系列算法,将它们封装成独立的策略对象,然后根据需要在不修改客户端代码的情况下切换这些算法。策略模式有助于解决问题领域中不同行为的变化和扩展,同时保持代码的灵活性和可维护性。

2 举例说明

策略模式在日常生活中有许多应用,以下是几个比较符合策略模式且为大家所熟知的例子:

导航应用的路线选择:导航应用根据用户的输入和当前交通情况,选择不同的导航策略,如最短路径、避开拥堵、步行导航等。用户可以根据需要选择不同的导航策略,类似于策略模式中的选择不同算法。

手机相机的拍摄模式:手机相机应用通常具有多种拍摄模式,如普通拍照、全景模式、夜间模式、慢动作模式等。用户可以根据拍摄需求选择不同的拍摄模式,每种模式对应不同的拍摄策略。

餐厅菜单的点餐方式:在餐厅菜单中,顾客可以选择不同的点餐方式,如套餐、单点、外卖等。每种点餐方式对应不同的计费策略和服务流程。

交通信号灯的控制:交通信号灯会根据不同的时间段和交通流量采用不同的信号控制策略,如红灯、绿灯、黄灯。这些策略会在不同的情况下切换,以保障道路交通的安全和流畅。

这些例子中,策略模式的思想都可以看到:根据不同的需求或条件,选择不同的策略来实现特定的行为或功能,而无需改变核心系统。这种动态选择和切换策略的能力在日常生活中随处可见,帮助我们更好地适应不同的情境和需求。

3 结构

策略模式通常包含以下角色:

Context(上下文):上下文类负责维护对策略对象的引用,并在运行时切换策略。上下文类通常具有一个方法,用于执行当前策略。

Strategy(策略):策略是一个接口或抽象类,定义了一组算法的共同接口。具体的策略类实现这个接口,提供了不同的算法实现。

ConcreteStrategy(具体策略):具体策略类实现了策略接口,提供了特定算法的实现。

策略模式结构

4 实现步骤

实现策略模式通常包括以下步骤:

定义策略接口:创建一个策略接口或抽象类,定义算法的方法。

创建具体策略类:为每个算法创建具体的策略类,这些类应该实现策略接口,并提供自己的算法实现。

创建上下文类:上下文类应该包含一个策略对象的引用,并提供方法来设置和执行策略。

在客户端代码中使用:在客户端代码中创建上下文对象,并根据需要设置不同的策略。

5 代码实现

让我们通过Java代码来演示策略模式的实现。

// Step 1: 定义策略接口
interface DiscountStrategy {
    double applyDiscount(double amount);
}

// Step 2: 创建具体策略类
class PercentageDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
    private double percentage;

    public PercentageDiscountStrategy(double percentage) {
        this.percentage = percentage;
    }

    @Override
    public double applyDiscount(double amount) {
        return amount - (amount * percentage / 100);
    }
}

class FixedAmountDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
    private double discountAmount;

    public FixedAmountDiscountStrategy(double discountAmount) {
        this.discountAmount = discountAmount;
    }

    @Override
    public double applyDiscount(double amount) {
        return amount - discountAmount;
    }
}

// Step 3: 创建上下文类
class ShoppingCart {
    private DiscountStrategy discountStrategy;

    public void setDiscountStrategy(DiscountStrategy discountStrategy) {
        this.discountStrategy = discountStrategy;
    }

    public double checkout(double totalAmount) {
        if (discountStrategy != null) {
            return discountStrategy.applyDiscount(totalAmount);
        }
        return totalAmount;
    }
}

// Step 4: 在客户端代码中使用
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ShoppingCart cart = new ShoppingCart();

        // 使用百分比折扣策略
        cart.setDiscountStrategy(new PercentageDiscountStrategy(10));
        double discountedTotal = cart.checkout(100.0);
        System.out.println("Discounted Total: " + discountedTotal);

        // 使用固定金额折扣策略
        cart.setDiscountStrategy(new FixedAmountDiscountStrategy(20));
        discountedTotal = cart.checkout(100.0);
        System.out.println("Discounted Total: " + discountedTotal);
    }
}

6 典型应用场景

策略模式在许多不同的应用场景中都有广泛的应用。以下是一些典型的策略模式应用场景以及简要说明:

支付系统:支付系统通常需要处理多种支付方式,如信用卡、支付宝、微信支付等。策略模式可以用来实现每种支付方式的处理策略,使系统能够根据用户选择的支付方式执行不同的支付逻辑。

电商平台的促销策略:电商平台常常会推出不同的促销活动,如打折、满减、赠品等。策略模式可以用来实现这些促销策略,使系统能够根据当前活动动态地计算商品价格。

文本编辑器的文本格式化:文本编辑器可以提供多种文本格式化选项,如加粗、斜体、下划线等。策略模式可以用来实现不同的文本格式化策略,使用户能够选择不同的格式化效果。

游戏开发中的敌人行为:在游戏开发中,不同类型的敌人可能具有不同的行为,如追逐玩家、攻击玩家、躲避玩家等。策略模式可以用来定义不同的敌人行为策略,使游戏引擎能够根据敌人的类型选择正确的行为策略。

数据排序:在数据处理中,可能需要根据不同的排序算法对数据进行排序,如快速排序、冒泡排序、插入排序等。策略模式可以用来实现这些不同的排序策略,使系统能够根据数据量和性质选择合适的排序算法。

这些例子中,策略模式都用于动态选择和切换不同的算法或行为,以满足不同的需求或情境。这种灵活性和可扩展性使得策略模式成为面向对象设计中的重要工具,能够提高代码的可维护性和可读性。

7 优缺点

优点:

策略模式使代码更具灵活性,易于扩展和维护。添加新的策略类不会影响现有代码。
策略模式将算法封装在独立的策略类中,使代码更具可读性和可维护性。
客户端代码可以根据需要在运行时切换策略,无需修改现有代码。

缺点:

如果策略类数量过多,可能会导致类的数量增加,增加维护成本。
客户端需要了解不同策略的存在,可能会增加复杂性。

8 类似模式

与策略模式类似的模式包括以下几种:

状态模式(State Pattern):

状态模式和策略模式都属于行为型设计模式,它们都关注对象的行为,但它们的重点不同。策略模式侧重于在一组算法中选择一个,而状态模式侧重于在对象的状态改变时改变其行为。在状态模式中,对象的行为取决于它的状态,而不是通过外部切换不同的策略类。

命令模式(Command Pattern):

策略模式和命令模式都允许将不同的行为封装成对象,但它们的目的和用途有所不同。策略模式用于在运行时选择不同的算法,而命令模式用于封装请求以及请求的参数,允许以更灵活的方式进行操作。

模板方法模式(Template Method Pattern):

模板方法模式和策略模式都是用于定义一组算法,但它们的关注点不同。模板方法模式定义了一个算法的骨架,具体子类可以实现其中的某些步骤,而策略模式将不同的算法封装成独立的策略对象,并允许在运行时选择不同的策略。

这些模式之间的联系在于它们都涉及到将不同的行为封装成对象,从而提高了代码的可维护性和灵活性。然而,它们各自解决不同类型的问题,因此在选择模式时需要根据具体情况来决定使用哪种模式。策略模式更适用于需要在一组算法中进行动态选择的情况,而其他模式则解决了不同的设计问题,例如状态管理、请求封装等。根据问题的性质,可以选择合适的模式来实现所需的功能。

9 小结

策略模式是一种强大的设计模式,允许在运行时选择不同的算法实现,以处理不同的行为需求。通过将算法封装在独立的策略类中,策略模式提高了代码的可维护性和可扩展性。在面临多种行为选择的情况下,策略模式是一个有力的工具,可以使代码更加灵活和可读。但是,它需要在客户端了解不同策略的情况下使用,因此需要谨慎设计。总之,策略模式是面向对象设计中的一个重要概念,值得深入学习和应用。

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