我的设计模式之旅、01 策略模式、简单工厂、反射

编程旅途是漫长遥远的，在不同时刻有不同的感悟，本文会一直更新下去。

程序介绍

本程序实现收银员对顾客收银时可以采用不同的促销策略，支持原价，按折扣促销，满多少返利多少三种策略。使用策略模式与简单工厂模式。简单工厂使用依赖注入方法，通过配置文件 config.json 能够动态实例化对象。

PS C:\Users\小能喵喵喵\Desktop\设计模式\策略模式_简单工厂_反射> go run .
商品数量 10
单价 100
当前商品总额￥700
--------------------------------
商品数量 30 
单价 50
当前商品总额￥1700
--------------------------------
商品数量 -1
顾客需要支付￥1700

程序代码

typeRegister.go

package main

import (
	"errors"
	"reflect"
	"runtime"
)

var TypeReg = make(TypeRegister)

func init() {
	TypeReg.Set(Discount{})
	TypeReg.Set(MoneyOff{})
	TypeReg.Set(Normal{})
	runtime.GC()
}

type TypeRegister map[string]reflect.Type

func (t TypeRegister) Set(i interface{}) {
	t[reflect.TypeOf(i).Name()] = reflect.TypeOf(i)
}

func (t TypeRegister) Get(name string) (interface{}, error) {
	if typ, ok := t[name]; ok {
		return reflect.New(typ).Interface(), nil // ^ 新建对象获取指针并以空接口类型返回
	}
	return nil, errors.New("no one")
}

• 维护一个TypeRegister字典结构是为了实现依赖注入，什么是依赖注入？

var TypeReg = make(TypeRegister)

首先介绍一种设计思想，控制反转。正常情况下，对函数或方法的调用是调用方主动的行为，调用方清楚地知道被调的函数名是什么，参数有哪些类型直接主动调用，包括对象的初始化也是显式直接初始化。控制反转就是将主动行为变为间接行为，调用方需要通过框架代码进行间接调用和初始化。

这样的好处就是能够解耦调用方和被调方，调用者的代码不用写死，可以让控制反转的框架代码读取配置，动态构建对象。依赖注入是实现控制反转的一种方法，通过注入参数或实例的方式实现控制反转。通常这两者是同一个东西。

golang没有java的class.forName动态生成类实例的方法。需要自行维护一套类型注册字典。该字典类型有添加类和生成类实例两大方法。init函数会在main函数之前运行，在函数体创建各个类型的实例来进行注册，使字典保存各个类型的类名和对应的reflect.Type结构。reflect.Type通过的New函数创建一个新的实例并返回它的指针。这样我们可以实现依赖注入，控制反转（通过外部的 config.json 配置文件，动态生成实例）

• 为什么要返回空接口类型？

return reflect.New(typ).Interface(), nil

New出来的是reflect.Value类型，不是原有的具体类型，转换成空接口，该接口内部存放具体类型实例，可以使用接口类型查询去还原为具体类型。

jsonConfig.go

package main

// 加载 config.json 文件并创建维护策略实例的上下文实例对象

// by 小能喵喵喵 2022年9月8日

import (
	"encoding/json"
	"io/ioutil"
	"log"
	"strings"
)

const (
	configPath = "./config.json" // 配置文件绝对路径
)

type Config struct {
	Promotion string `json:"promotion"` // 从json字符串转换成结构体
}

func loadConfig() (c Context) {
	config := getConfig(configPath)
	params := strings.Split(config.Promotion, " ")
	c.set(params[0], params[1:]) // 动态生成结构体实例并调用实例的config函数填入参数
	return
}

func getConfig(path string) Config {
	f, err := ioutil.ReadFile(path)
	if err != nil {
		log.Fatal("Error when opening file: ", err)
	}
	var config Config
	err = json.Unmarshal(f, &config)
	if err != nil {
		log.Fatal("Error during Unmarshal(): ", err)
	}
	return config
}

strategy.go

package main

import (
	"math"
	"strconv"
)

// ^ 策略接口定义所有支持的算法的公共接口
type IStrategy interface {
	acceptCash(money float64) float64
	config(args []string)
}

type Normal struct{}

type Discount struct {
	Percent float64
}

type MoneyOff struct {
	Threshold float64
	Back      float64
}

func (d Normal) acceptCash(money float64) float64 {
	return money
}

func (d *Normal) config(args []string) {}

func (d Discount) acceptCash(money float64) float64 {
	return money * d.Percent
}

func (d *Discount) config(args []string) {
	d.Percent = GetFloat(args[0])
}

func (m MoneyOff) acceptCash(money float64) float64 {
	if money >= m.Threshold {
		money -= math.Floor(money/m.Threshold) * m.Back
	}
	return money
}

func (m *MoneyOff) config(args []string) {
	m.Threshold = GetFloat(args[0])
	m.Back = GetFloat(args[1])
}

// ^ 字符串转float64
func GetFloat(s string) float64 {
	f, _ := strconv.ParseFloat(s, 64)
	return f
}

/* -------------------------------------------------------------------------- */

// ^ 上下文对象用于生成策略实例
type Context struct {
	strategy IStrategy
}

// ^ 依赖注入生成策略实例
func (c *Context) set(str string, args []string) {
	var strategy IStrategy
	s, err := TypeReg.Get(str)
	if err != nil {
		return
	}
	strategy = s.(IStrategy)
	strategy.config(args)
	c.strategy = strategy
}

// ^ 上下文执行策略
func (c *Context) cal(f float64) float64 {
	if c.strategy == nil {
		return f
	}
	return c.strategy.acceptCash(f)
}

main.go

package main

// 策略模式_简单工厂_反射

// by 小能喵喵喵 2022年9月8日

import (
	"fmt"
	"strings"
)

var (
	cost     float64
	quantity int
	price    float64
)

func main() {
	c := loadConfig()
	for {
		fmt.Print("商品数量 ")
		fmt.Scanln(&quantity)
		if quantity <= 0 {
			break
		}
		fmt.Print("单价 ")
		fmt.Scanln(&price)
		// ^ 使用策略
		cost += c.cal(price * float64(quantity))
		fmt.Printf("当前商品总额￥%v\n", cost)
		fmt.Println(strings.Repeat("-", 32))
	}
	fmt.Printf("顾客需要支付￥%v\n", cost)
}

config.json

{
  "promotion": "MoneyOff 300 100"
}

可以改成 Normal，也可以改成 Discount 0.5 打五折

Console

PS C:\Users\小能喵喵喵\Desktop\设计模式\策略模式_简单工厂_反射> go run .
商品数量 10
单价 100
当前商品总额￥700
--------------------------------
商品数量 30 
单价 50
当前商品总额￥1700
--------------------------------
商品数量 -1
顾客需要支付￥1700

思考总结

什么是策略模式

一个类的行为或其算法可以在运行时更改。这种类型的设计模式属于行为型模式。

策略模式：定义了算法家族，分别封装起来，让它们之间可以相互替换，此模式让算法的变化，不会影响到使用算法的客户。

可能有点抽象，晦涩难懂，用自己的话来说就是

策略模式（白话文）：完成一件事有多种方法，比如刷碗可以人工刷也可以机器刷，做的都是刷碗的工作。把各个方法封装到类里面去，每个类都能完成同样的工作，我们可以抽象出行为共性，即接口，接口内有这个公共方法，各个子类实现这个接口。客户端（使用方）声明一个接口接收一个具体的子类方法实例，然后调用声明接口的公共方法（里氏替换原则）。如果未来需要添加新的方法，只需要添加子类，原来的客户端不会受到影响（开放-封闭原则）。如果需要修改原来的方法，只需要修改客户端new实例的地方（最小的改动）。

使用策略模式能够降低具体算法与使用者之间耦合程度。封装的算法完成的是同一份工作，只是实现不同。这些算法随时都可能相互替换的，策略模式封装了变化点。虽然严格定义上策略模式是用来封装算法的，但实践中可以用来封装任何类型的规则（需要在不同时间应用不同的业务规划）。

完成一个工作有多个方法，如果不用策略模式，而是直接在单个类中使用方法，如果每个方法的执行有一定的条件要求，那么肯定会导致方法在这个类的堆积（大量的switch，if判断），这既不灵活，也不好维护。如果有了新的方法，拓展了子类，却还要修改客户端的判断，这显然违背了开放-封闭原则。

通过里氏代换原则，子类必须能够替换父类而不影响代码的正常运行；迪米特法则，如果两个类不直接通信，尽量让两个类之间保持松耦合。策略模式的设计，客户端使用context对象，该对象维护了一个策略实例，实际上变量声明的是抽象父类或抽象接口（里氏代换原则），用户通过context对象调用具体策略的方法，而不再通过各个分支判断new出具体策略实例调用方法。

基本策略模式优点

• 封装了变化点，消除客户端繁杂的条件语句。
• 符合里氏代换原则、迪米特法则。
• 提供了统一接口方法，每个子类都是一个策略，方便进行单元测试。

基本策略模式缺点

• 选择策略的职责依旧是客户端承担，将选择的策略转给Context对象。可以实现依赖注入。
• Context用switch来判断生成哪个子类实例，每添加一个子类就要修改Context，违反了开放-封闭原则。可以用反射解决。

策略模式为什么要context

有人说为啥要 context ，干脆在客户端声明接口然后new具体策略不就行了？既然要context肯定有它设计的原因。我认为主要有两点

• 可以在context做一些必要工作，难不成你客户端每次new具体策略前都要写一遍额外工作的重复代码？
• context用于实现简单工厂模式。将客户端判断分支的逻辑迁移到context中去，那么每次扩展策略类，只要修改context了。而这个判断分支的逻辑也能进一步用反射优化，通过反射动态实例化对象，去除分支判断（具体可以看上面的例子）

什么是简单工厂

简单工厂模式属于创建型模式的一种。创建型模式隐藏了这些类的实例是如何被创建和放在一起，整个系统关于这些对象所知道的是由抽象类所定义的接口。

案例程序中Context使用了改进后的简单工厂，客户端调用set函数，使用了反射技术和依赖注入，Context可以动态生成实例对象。

简单工厂模式优点

• 工厂类包含必要逻辑判断，根据客户端的选择条件动态实例化相关的类，对于客户端来说，去除了与具体产品的依赖。

简单工厂模式缺点

• 不符合开放-封闭原则，每一次更改都要更改工厂类。

扩展应用场景

参考资料

• 《Go语言核心编程》李文塔
• 《Go语言高级编程》柴树彬、曹春辉
• 《大话设计模式》程杰
• 策略模式 | 菜鸟教程 (runoob.com)