(原創) 我的Design Pattern之旅[1]:Strategy Pattern (OO) (Design Pattern) (C/C++) (template) (.NET) (C#)

Abstract
Head First Design Patterns是用strategy pattern當作第一個範例,而陳俊杉教授也是用strategy當作授課的第一個pattern,可見strategy的確適合初學者學第一個學習的pattern。

Intent
定義一整族演算法,將每一個演算法封裝起來,可互換使用,更可以在不影響外界的情況下各別抽換所引用的演算法。

其UML表示法

GoF說strategy也稱為policy,我個人喜歡稱它為plugin,因為可以動態的換演算法,如同在eclipse上可以動態的換plugin一樣。

原本在單一class中有一個單一method很單純,如圖Grapher class只有drawShape()這個method,只能畫方形。



但後來『需求改變』,希望Grapher也能畫三角形和圓形,而且日後還可能增加功能,如畫橢圓形,菱形...,當然可以在Grapher陸續加上drawTriangle(),drawCircle(),drawEllipse(),但如此就違反OCP,Grapher須不斷的修改,根據DP第三守則"Identify the aspects of your application that vary and separate them from  what you stays the same",將『會變』的部份另外包成class,但這些class必須要和原來的class溝通,所以必須訂出『標準』彼此才能溝通,IShape就是彼此溝通的標準,Triangle,Circle,Square則必須實做IShape這個interface,這就是strategy pattern。


我們看看這個架構,若日後還有新的shape加入,Grapher,IShape,Triangle,Circle,Square皆不用修改,符合OCP的closed for modification原則,若要加入新的class,只需實做IShape即可,符合OCP的open for extension原則,所以是非常好維護的架構,事實上,.NET Framework和STL都用了很多strategy pattern。

簡言之,strategy pattern就是將會變動的member function用class包起來,變成object『掛』在原本的class上。

ISO C++ by Interface

 1/* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3
 4Filename    : DP_StrategyPattern_Classic.cpp
 5Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 6Description : Demo how to use Strategy Pattern
 7Release     : 03/26/2007 1.0
 8              07/10/2007 2.0
 9*/

10#include <iostream>
11using namespace std;
12
13class IDrawStrategy {
14public:
15  virtual void draw() const = 0;
16}
;
17
18class Grapher {
19public:
20  Grapher(IDrawStrategy* drawStrategy = 0) : _drawStrategy(drawStrategy) {}
21  
22public:
23  void drawShape() const;
24  void setShape(IDrawStrategy* drawStrategy);
25  
26protected:
27  IDrawStrategy* _drawStrategy;
28}
;
29
30void Grapher::drawShape() const {
31  if (_drawStrategy)
32      _drawStrategy->draw();
33}

34
35void Grapher::setShape(IDrawStrategy* drawStrategy) {
36  _drawStrategy = drawStrategy;
37}

38
39class Triangle : public IDrawStrategy {
40public:
41  void draw() const;
42}
;
43
44void Triangle::draw() const {
45  cout << "Draw Triangle" << endl;
46}

47
48class Circle : public IDrawStrategy {
49public:
50  void draw() const;
51}
;
52
53void Circle::draw() const {
54  cout << "Draw Circle" << endl;
55}

56
57class Square : public IDrawStrategy {
58public:
59  void draw() const;
60}
;
61
62void Square::draw() const {
63  cout << "Draw Square" << endl;
64}

65
66int main() {
67  Grapher grapher(&Square());
68  grapher.drawShape();
69  
70  grapher.setShape(&Circle());
71  grapher.drawShape();
72}


執行結果

Draw Square
Draw Circle


67行和70行可以看到strategy pattern的美,可以動態的換演算法,如同plugin一樣,且若將來擴充其他shape,只需加上新的class實做IDrawStrategy,其他程式都不用再改,符合OCP原則。

C# by Interface

 1/* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3
 4Filename    : DP_StrategyPattern_Classic.cs
 5Compiler    : Visual Studio 2005 / C# 2.0
 6Description : Demo how to implement Strategy Pattern by C#
 7Release     : 07/08/2007 1.0
 8*/

 9using System;
10
11interface IDrawStrategy {
12  void draw();
13}

14
15class Grapher {
16  private IDrawStrategy _drawStrategy = null;
17
18  public Grapher() {}
19  public Grapher(IDrawStrategy drawStrategy) {
20    _drawStrategy = drawStrategy;
21  }

22
23  public void drawShape() {
24    if (_drawStrategy != null)
25      _drawStrategy.draw();
26  }

27
28  public void setShape(IDrawStrategy drawStrategy) {
29    _drawStrategy = drawStrategy;
30  }

31}

32
33class Triangle : IDrawStrategy {
34  public void draw() {
35    Console.WriteLine("Draw Triangle");
36  }

37}

38
39class Circle : IDrawStrategy {
40  public void draw() {
41    Console.WriteLine("Draw Circle");
42  }

43}

44
45class Square : IDrawStrategy {
46  public void draw() {
47    Console.WriteLine("Draw Square");
48  }

49}

50
51class Program {
52  public static void Main() {
53    Grapher grapher = new Grapher(new Square());
54    grapher.drawShape();
55
56    grapher.setShape(new Circle());
57    grapher.drawShape();
58  }

59}


執行結果

Draw Square
Draw Circle


使用interface是最正規的OOP寫法,另外Effective C++的item 35也使用了function pointer來實做strategy pattern,function pointer是C/C++的獨門寫法。

ISO C++ by Function Pointer

 1/* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3
 4Filename    : DP_StrategyPattern_FunctionPointer.cpp
 5Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 6Description : Demo how to use Strategy Pattern by function pointer
 7Release     : 03/31/2007 1.0
 8            : 07/08/2007 2.0
 9            : 07/10/2007 3.0
10*/

11#include <iostream>
12
13using namespace std;
14
15class Grapher {
16public:
17  typedef void (*pfDraw)();
18  Grapher(pfDraw draw = 0) : _draw(draw) {}
19  
20public:
21  void drawShape() const;
22  void setShape(pfDraw draw);
23  
24protected:
25  pfDraw _draw;
26}
;
27
28void Grapher::drawShape() const {
29  if (_draw)
30    _draw();
31}

32
33void Grapher::setShape(pfDraw draw) {
34  _draw = draw;
35}

36
37class Triangle {
38public:
39  static void draw();
40}
;
41
42void Triangle::draw() {
43  cout << "Draw Triangle" << endl;
44}

45
46class Circle {
47public:
48  static void draw();
49}
;
50
51void Circle::draw() {
52  cout << "Draw Circle" << endl;
53}

54
55class Square {
56public:
57  static void draw();
58}
;
59
60void Square::draw() {
61  cout << "Draw Square" << endl;
62}

63
64int main() {
65  Grapher grapher(Square::draw);
66  grapher.drawShape();
67  
68  grapher.setShape(Circle::draw);
69  grapher.drawShape();
70}


執行結果

Draw Square
Draw Circle


說穿了,本來只是本來由interface定義function的signature,現在改由16行的

typedef void (*pfDraw)();


定義pfDraw這個function pointer型別,所有要傳進的的function必須符合這個function pointer型別才可。

既然ISO C++可以用function pointer實現strategy pattern,就讓我想到C#的delegate了。delegate是C#對function pointer和observer pattern的實現,理應可用delegate來實現strategy pattern。

C# by Delegate

 1/* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3
 4Filename    : DP_StrategyPattern_Delegate.cs
 5Compiler    : Visual Studio 2005 / C# 2.0
 6Description : Demo how to implement Strategy Pattern by C# delegate
 7Release     : 07/08/2007 1.0
 8*/

 9using System;
10
11class Grapher {
12  private DrawDelegate _drawDelegate = null;
13  
14  public delegate void DrawDelegate();
15  
16  public Grapher() {}
17  public Grapher(DrawDelegate drawDelegate) {
18    _drawDelegate = drawDelegate;
19  }

20  
21  public void drawShape() {
22    if (_drawDelegate != null)
23      _drawDelegate();
24  }

25  
26  public void setShape(DrawDelegate drawDelegate) {
27    _drawDelegate = drawDelegate;
28  }

29}

30
31class Triangle {
32  public static void draw() {
33    Console.WriteLine("Draw Triangle");
34  }

35}

36
37class Circle {
38  public static void draw() {
39    Console.WriteLine("Draw Circle");
40  }

41}

42
43class Square {
44  public static void draw() {
45    Console.WriteLine("Draw Square");
46  }

47}

48
49class Program {
50  public static void Main() {
51    Grapher grapher = new Grapher(Square.draw);
52    grapher.drawShape();
53    
54    grapher.setShape(Circle.draw);
55    grapher.drawShape();
56  }

57}


執行結果

Draw Square
Draw Circle


除此之外,GoF的Design Pattern也展示了使用template實做Strategy Pattern。

ISO C++ by Template

 1/* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3
 4Filename    : DP_StrategyPattern_template.cpp
 5Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 6Description : Demo how to use Strategy Pattern by template
 7Release     : 03/31/2007 1.0
 8*/

 9#include <iostream>
10
11using namespace std;
12
13template <typename T>
14class Grapher {
15private:
16  T _drawTemplate;
17
18public:
19  void drawShape() const;
20}
;
21
22template<typename T>
23void Grapher<T>::drawShape() const {
24  _drawTemplate.draw();
25}

26
27class Triangle {
28public:
29  void draw() const;
30}
;
31
32void Triangle::draw() const {
33  cout << "Draw Triangle" << endl;
34}

35
36class Circle {
37public:
38  void draw() const;
39}
;
40
41void Circle::draw() const {
42  cout << "Draw Circle" << endl;
43}

44
45class Square {
46public:
47  void draw() const;
48}
;
49
50void Square::draw() const {
51  cout << "Draw Square" << endl;
52}

53
54int main() {
55  Grapher<Square> grapher;
56  grapher.drawShape();
57  
58  Grapher<Circle> grapher2;
59  grapher2.drawShape();
60}


執行結果

Draw Square
Draw Circle


同樣是實現多型,Design Pattern的用的是OOP的interface + dynamic binding技術,這是在run-time下完成,優點是在run-time動態改變,缺點是速度較慢;GP用template技術,這是在compile-time下完成,優點是速度較快,缺點是無法在run-time動態改變,由於template方式不需interface,所以整個程式看不到interface,也由於無法run-time改變,所以沒有setShape(),而16行的

T _drawTemplate;


也只是object而非pointer,因為不需run-time的多型,也非function pointer。

46行

Grapher<Square> grapher;


也只能在直接指定strategy,無法動態再改變。

C# 2.0也提供泛型了,所以C#也可以用Generics實現Strategy Pattern。

C# by Generics

 1/* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3
 4Filename    : DP_StrategyPattern_Generics.cs
 5Compiler    : Visual Studio 2005 / C# 2.0
 6Description : Demo how to implement Strategy Pattern by C# Generics
 7Release     : 07/08/2007 1.0
 8*/

 9using System;
10
11interface IDrawStrategy {
12  void draw();
13}

14
15class Grapher<T> where T : class, IDrawStrategy, new() {
16  private T _drawStrategy = default(T);
17
18  public Grapher() {
19    _drawStrategy = new T();
20  }

21
22  public void drawShape() {
23    if (_drawStrategy != null)
24      _drawStrategy.draw();
25  }

26
27  public void setShape(T drawStrategy) {
28    _drawStrategy = drawStrategy;
29  }

30}

31
32class Triangle : IDrawStrategy {
33  public void draw() {
34    Console.WriteLine("Draw Triangle");
35  }

36}

37
38class Circle : IDrawStrategy {
39  public void draw() {
40    Console.WriteLine("Draw Circle");
41  }

42}

43
44class Square : IDrawStrategy {
45  public void draw() {
46    Console.WriteLine("Draw Square");
47  }

48}

49
50class Program {
51  public static void Main() {
52    Grapher<Square> grapher = new Grapher<Square>();
53    grapher.drawShape();
54    
55    Grapher<Circle> grapher2 = new Grapher<Circle>();
56    grapher2.drawShape();
57  }

58}


執行結果

Draw Square
Draw Circle


Remark
strategy和template method目的相同,皆對『新需求』的不同演算法提供『擴充』的機制,但手法卻不同,strategy採用object的方式,利用delegation改變演算法,而template method則採用class的繼承方式來改變演算法,也因為strategy採用object方式,所以有run-time改變的可能,但template method採class手法,所以無法run-time改變。

GoF的原文如下

Template methods use inheritance to vary part of an algorithm. Strategies use delegation to vary the entire algorithm.


Known Use
1.eclipse的plugin,可以在不修改eclipse原始碼下,外掛plugin變更eclipse所提供的功能。

See Also
(原創) 我的Design Pattern之旅[2]:Template Method Pattern (OO) (Design Pattern) (C/C++)
(原創) 我的Design Pattern之旅[3]:使用template改進Strategy Pattern (OO) (Design Pattern) (C/C++) (template)

Reference
GoF,Design Patterns,Addison Weseley Longman,1995
A. Shalloway,J. R. Trott,Design Patterns Explained 2/e,Addison Wesley, 2005
Eric Freeman,Elisabeth Freeman,Head First Design Pattern,O'Reilly,2004
Robert C. Martin,Agile Software Development,Pearson Prentice Hall, 2002
Scott Meyers,Effective C++ 3/e Item 35,Addison Wesley, 2005

posted on 2007-03-26 00:18 真 OO无双 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏

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