深入浅出设计模式——策略模式(Strategy Pattern)

模式动机

完成一项任务,往往可以有多种不同的方式,每一种方式称为一个策略,我们可以根据环境或者条件的不同选择不同的策略来完成该项任务。
在软件开发中也常常遇到类似的情况,实现某一个功能有多个途径,此时可以使用一种设计模式来使得系统可以灵活地选择解决途径,也能够方便地增加新的解决途径。

在软件系统中,有许多算法可以实现某一功能,如查找、排序等,一种常用的方法是硬编码(Hard Coding)在一个类中,如需要提供多种查找算法,可以将这些算法写到一个类中,在该类中提供多个方法,每一个方法对应一个具体的查找算法;当然也可以将这些查找算法封装在一个统一的方法中,通过if…else…等条件判断语句来进行选择。这两种实现方法我们都可以称之为硬编码,如果需要增加一种新的查找算法,需要修改封装算法类的源代码;更换查找算法,也需要修改客户端调用代码。在这个算法类中封装了大量查找算法,该类代码将较复杂,维护较为困难。

除了提供专门的查找算法类之外,还可以在客户端程序中直接包含算法代码,这种做法更不可取,将导致客户端程序庞大而且难以维护,如果存在大量可供选择的算法时问题将变得更加严重。
为了解决这些问题,可以定义一些独立的类来封装不同的算法,每一个类封装一个具体的算法,在这里,每一个封装算法的类我们都可以称之为策略(Strategy),为了保证这些策略的一致性,一般会用一个抽象的策略类来做算法的定义,而具体每种算法则对应于一个具体策略类。

模式定义
策略模式(Strategy Pattern):定义一系列算法,将每一个算法封装起来,并让它们可以相互替换。策略模式让算法独立于使用它的客户而变化,也称为政策模式(Policy)。策略模式是一种对象行为型模式。
Strategy Pattern: Define a family of algorithms, encapsulate each one, and make them interchangeable. Strategy lets the algorithm vary independently from clients that use it.
Frequency of use: medium high
UML图

模式结构
策略模式包含如下角色:
Context: 环境类
Strategy: 抽象策略类
ConcreteStrategy: 具体策略类

模式分析
策略模式是一个比较容易理解和使用的设计模式,策略模式是对算法的封装,它把算法的责任和算法本身分割开,委派给不同的对象管理。策略模式通常把一个系列的算法封装到一系列的策略类里面,作为一个抽象策略类的子类。用一句话来说,就是“准备一组算法,并将每一个算法封装起来,使得它们可以互换”。

在策略模式中,应当由客户端自己决定在什么情况下使用什么具体策略角色。
策略模式仅仅封装算法,提供新算法插入到已有系统中,以及老算法从系统中“退休”的方便,策略模式并不决定在何时使用何种算法,算法的选择由客户端来决定。这在一定程度上提高了系统的灵活性,但是客户端需要理解所有具体策略类之间的区别,以便选择合适的算法,这也是策略模式的缺点之一,在一定程度上增加了客户端的使用难度。

模式实例与解析
商场促销—策略模式示例代码
体系结构

Context: 环境类 CashContext.cs

namespace StrategyPattern
{
    class CashContext
    {
        private CashSuper cs;

        //通过构造方法,传入具体的收费策略
        public CashContext(string type)
        {
            switch (type)
            {
                case "正常收费":
                    CashNormal cs0 = new CashNormal();
                    cs = cs0;
                    break;
                case "满300返100":
                    CashReturn cs1 = new CashReturn("300", "100");
                    cs = cs1;
                    break;
                case "打八折":
                    CashRebate cs2 = new CashRebate("0.8");
                    cs = cs2;
                    break;
            }
        }
        public double GetResult(double money)
        {
            //根据收费策略的不同,获得计算结果
            return cs.acceptCash(money);
        }
    }
}

Strategy: 抽象策略类 CashSuper.cs

namespace StrategyPattern
{
    //现金收费抽象类
    abstract class CashSuper
    {
        public abstract double acceptCash(double money);
    }
}

ConcreteStrategy: 具体策略类 CashNormal.cs

namespace StrategyPattern
{
    //正常收费子类
    class CashNormal : CashSuper
    {
        public override double acceptCash(double money)
        {
            return money;
        }
    }
}

CashRebate.cs

namespace StrategyPattern
{
    //打折收费子类
    class CashRebate : CashSuper
    {
        private double moneyRebate = 1d;
        public CashRebate(string moneyRebate)
        {
            this.moneyRebate = double.Parse(moneyRebate);
        }
        public override double acceptCash(double money)
        {
            return money * moneyRebate;
        }
    }
}

CashReturn.cs

using System;

namespace StrategyPattern
{
    //返利收费子类
    class CashReturn : CashSuper
    {
        private double moneyCondition = 0.0d;
        private double moneyReturn = 0.0d;
        public CashReturn(string moneyCondition, string moneyReturn)
        {
            this.moneyCondition = double.Parse(moneyCondition);
            this.moneyReturn = double.Parse(moneyReturn);
        }
        public override double acceptCash(double money)
        {
            double result = money;
            if (money >= moneyCondition)
                result = money - Math.Floor(money / moneyCondition) * moneyReturn;
            return result;
        }
    }
}

Client:客户类

using System;
using System.Windows.Forms;

namespace StrategyPattern
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        //声明一个double变量total来计算总计
        double total = 0.0d;

        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void btnOk_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            CashContext cc = new CashContext(cbxType.SelectedItem.ToString());

            double totalPrices = 0d; ;
            totalPrices = cc.GetResult(Convert.ToDouble(txtPrice.Text) * Convert.ToDouble(txtNum.Text));            

            //将每个商品合计计入总计
            total = total + totalPrices;

            lbxList.Items.Add("单价:" + txtPrice.Text + "数量:" + txtNum.Text + " 合计:" + totalPrices.ToString());
            lblResult.Text = total.ToString();
        }

        private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
        {
            cbxType.Items.AddRange(new object[] { "正常收费", "满300返100", "打八折" });
            cbxType.SelectedIndex = 0;
        }
    }
}

模式优缺点
策略模式的优点
 策略模式提供了对“开闭原则”的完美支持,用户可以在不修改原有系统的基础上选择算法或行为,也可以灵活地增加新的算法或行为。
 策略模式提供了管理相关的算法族的办法。
 策略模式提供了可以替换继承关系的办法。
 使用策略模式可以避免使用多重条件转移语句。

策略模式的缺点
 客户端必须知道所有的策略类,并自行决定使用哪一个策略类。
 策略模式将造成产生很多策略类,可以通过使用享元模式在一定程度上减少对象的数量。

模式适用环境
在以下情况下可以使用策略模式:
 如果在一个系统里面有许多类,它们之间的区别仅在于它们的行为,那么使用策略模式可以动态地让一个对象在许多行为中选择一种行为。
 一个系统需要动态地在几种算法中选择一种。
 如果一个对象有很多的行为,如果不用恰当的模式,这些行为就只好使用多重的条件选择语句来实现。
 不希望客户端知道复杂的、与算法相关的数据结构,在具体策略类中封装算法和相关的数据结构,提高算法的保密性与安全性。

【声明与感谢】
本文,站在许多巨人的肩膀上,借鉴和引用了许多他人拥有版权的作品或著述,在此,对前人们的贡献致谢。并同时公布引用的内容、原作者或来源(一些来源于互联网的内容本人无法追述本源,深表遗憾)。

【参考文献】
《设计模式—可复用面向对象软件的基础》作者: [美] Erich Gamma / Richard Helm / Ralph Johnson / John Vlissides 译者: 李英军 / 马晓星 / 蔡敏 / 刘建中 等 机械工业出版社
《重构—改善既有代码的设计》作者: Martin Fowler译者:候捷 中国电力出版社
《敏捷软件开发—原则、模式与实践》作者: Robert C. Martin 清华大学出版社
《程序员修炼之道—从小工到专家》作者: Andrew Hunt / David Thomas 电子工业出版社
《Head First 设计模式》作者: 弗里曼 译者: O'Reilly Taiwan公司 中国电力出版社
《设计模式之禅》 作者: 秦小波 机械工业出版社
MSDN WebCast 《C#面向对象设计模式纵横谈》 讲师:李建忠
刘伟. 设计模式. 北京:清华大学出版社, 2011.
刘伟. 设计模式实训教程. 北京:清华大学出版社, 2012.
《大话设计模式》 作者: 程杰 清华大学出版社
《C#图解教程》作者: 索利斯 译者: 苏林 / 朱晔 人民邮电出版社
《你必须知道的.NET》作者: 王涛
《项目中的.NET》作者: 李天平 电子工业出版社
《Microsoft .NET企业级应用架构设计》作者: (美)埃斯波西托等编著 译者: 陈黎夫
http://www.dofactory.com/Patterns/Patterns.aspx .NET Design Patterns
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posted @ 2015-01-04 11:38  Bobby0322  阅读(...)  评论(... 编辑 收藏