一、 策略(Strategy)模式
策略模式的用意是針對一組算法,將每一個算法封裝到具有共同接口的獨立的類中,從而使得它們可以相互替換。策略模式使得算法可以在不影響到客戶端的情況下發生變化。(符合開放-封閉原則)
假設現在要設計一個販賣各類書籍的電子商務網站的購物車(Shopping Cat)系統。一個最簡單的情況就是把所有貨品的單價乘上數量,但是實際情況肯定比這要複雜。比如,本網站可能對所有的教材類圖書實行每本一元的折扣;對連環畫類圖書提供每本7%的促銷折扣,而對非教材類的計算機圖書有3%的折扣;對其餘的圖書沒有折扣。由於有這樣複雜的折扣算法,使得價格計算問題需要系統地解決。
使用策略模式可以把行爲和環境分割開來。環境類負責維持和查詢行爲類,各種算法則在具體策略類(ConcreteStrategy)中提供。由於算法和環境獨立開來,算法的增減、修改都不會影響環境和客戶端。當出現新的促銷折扣或現有的折扣政策出現變化時,只需要實現新的策略類,並在客戶端登記即可。策略模式相當於"可插入式(Pluggable)的算法"。
二、 策略模式的結構
策略模式是對算法的包裝,是把使用算法的責任和算法本身分割開,委派給不同的對象管理。策略模式通常把一個系列的算法包裝到一系列的策略類裏面,作爲一個抽象策略類的子類。用一句話來說,就是:"準備一組算法,並將每一個算法封裝起來,使得它們可以相互替換。"
策略又稱做政策(Policy)模式【GOF95】。下面是一個示意性的策略模式結構圖:
這個模式涉及到三個角色:
- 環境(Context)角色:持有一個Strategy類的引用。
- 抽象策略(Strategy)角色:這是一個抽象角色,通常由一個接口或抽象類實現。此角色給出所有的具體策略類所需的接口。
- 具體策略(ConcreteStrategy)角色:包裝了相關的算法或行爲。
三、 示意性源代碼
using System;
// "Strategy"
abstract class Strategy
{
// Methods
abstract public void AlgorithmInterface();
}
// "ConcreteStrategyA"
class ConcreteStrategyA : Strategy
{
// Methods
override public void AlgorithmInterface()
{
Console.WriteLine("Called ConcreteStrategyA.AlgorithmInterface()");
}
}
// "ConcreteStrategyB"
class ConcreteStrategyB : Strategy
{
// Methods
override public void AlgorithmInterface()
{
Console.WriteLine("Called ConcreteStrategyB.AlgorithmInterface()");
}
}
// "ConcreteStrategyC"
class ConcreteStrategyC : Strategy
{
// Methods
override public void AlgorithmInterface()
{
Console.WriteLine("Called ConcreteStrategyC.AlgorithmInterface()");
}
}
// "Context"
class Context
{
// Fields
Strategy strategy;
// Constructors
public Context( Strategy strategy )
{
this.strategy = strategy;
}
// Methods
public void ContextInterface()
{
strategy.AlgorithmInterface();
}
}
/// <summary>
/// Client test
/// </summary>
public class Client
{
public static void Main( string[] args )
{
// Three contexts following different strategies
Context c = new Context( new ConcreteStrategyA() );
c.ContextInterface();
Context d = new Context( new ConcreteStrategyB() );
d.ContextInterface();
Context e = new Context( new ConcreteStrategyC() );
e.ContextInterface();
}
}
四、 何時使用何種具體策略角色
在學習策略模式時,學員常問的一個問題是:爲什麼不能從策略模式中看出哪一個具體策略適用於哪一種情況呢?
答案非常簡單,策略模式並不負責做這個決定。換言之,應當由客戶端自己決定在什麼情況下使用什麼具體策略角色。策略模式僅僅封裝算法,提供新算法插入到已有系統中,以及老算法從系統中"退休"的方便,策略模式並不決定在何時使用何種算法。
五、 一個實際應用策略模式的例子
下面的例子利用策略模式在排序對象中封裝了不同的排序算法,這樣以便允許客戶端動態的替換排序策略(包括Quicksort、Shellsort和Mergesort)。
using System;
using System.Collections;
// "Strategy"
abstract class SortStrategy
{
// Methods
abstract public void Sort( ArrayList list );
}
// "ConcreteStrategy"
class QuickSort : SortStrategy
{
// Methods
public override void Sort(ArrayList list )
{
list.Sort(); // Default is Quicksort
Console.WriteLine("QuickSorted list ");
}
}
// "ConcreteStrategy"
class ShellSort : SortStrategy
{
// Methods
public override void Sort(ArrayList list )
{
//list.ShellSort();
Console.WriteLine("ShellSorted list ");
}
}
// "ConcreteStrategy"
class MergeSort : SortStrategy
{
// Methods
public override void Sort( ArrayList list )
{
//list.MergeSort();
Console.WriteLine("MergeSorted list ");
}
}
// "Context"
class SortedList
{
// Fields
private ArrayList list = new ArrayList();
private SortStrategy sortstrategy;
// Constructors
public void SetSortStrategy( SortStrategy sortstrategy )
{
this.sortstrategy = sortstrategy;
}
// Methods
public void Sort()
{
sortstrategy.Sort( list );
}
public void Add( string name )
{
list.Add( name );
}
public void Display()
{
foreach( string name in list )
Console.WriteLine( " " + name );
}
}
/// <summary>
/// StrategyApp test
/// </summary>
public class StrategyApp
{
public static void Main( string[] args )
{
// Two contexts following different strategies
SortedList studentRecords = new SortedList( );
studentRecords.Add( "Samual" );
studentRecords.Add( "Jimmy" );
studentRecords.Add( "Sandra" );
studentRecords.Add( "Anna" );
studentRecords.Add( "Vivek" );
studentRecords.SetSortStrategy( new QuickSort() );
studentRecords.Sort();
studentRecords.Display();
}
}
六、 在什麼情況下應當使用策略模式
在下面的情況下應當考慮使用策略模式:
1. 如果在一個系統裏面有許多類,它們之間的區別僅在於它們的行爲,那麼使用策略模式可以動態地讓一個對象在許多行爲中選擇一種行爲。
2. 一個系統需要動態地在幾種算法中選擇一種。那麼這些算法可以包裝到一個個的具體算法類裏面,而這些具體算法類都是一個抽象算法類的子類。換言之,這些具體算法類均有統一的接口,由於多態性原則,客戶端可以選擇使用任何一個具體算法類,並只持有一個數據類型是抽象算法類的對象。
3. 一個系統的算法使用的數據不可以讓客戶端知道。策略模式可以避免讓客戶端涉及到不必要接觸到的複雜的和只與算法有關的數據。
4. 如果一個對象有很多的行爲,如果不用恰當的模式,這些行爲就只好使用多重的條件選擇語句來實現。此時,使用策略模式,把這些行爲轉移到相應的具體策略類裏面,就可以避免使用難以維護的多重條件選擇語句,並體現面向對象設計的概念。
七、 策略模式的優點和缺點
策略模式有很多優點和缺點。它的優點有:
1. 策略模式提供了管理相關的算法族的辦法。策略類的等級結構定義了一個算法或行爲族。恰當使用繼承可以把公共的代碼移到父類裏面,從而避免重複的代碼。
2. 策略模式提供了可以替換繼承關係的辦法。繼承可以處理多種算法或行爲。如果不是用策略模式,那麼使用算法或行爲的環境類就可能會有一些子類,每一個子類提供一個不同的算法或行爲。但是,這樣一來算法或行爲的使用者就和算法或行爲本身混在一起。決定使用哪一種算法或採取哪一種行爲的邏輯就和算法或行爲的邏輯混合在一起,從而不可能再獨立演化。繼承使得動態改變算法或行爲變得不可能。
3. 使用策略模式可以避免使用多重條件轉移語句。多重轉移語句不易維護,它把採取哪一種算法或採取哪一種行爲的邏輯與算法或行爲的邏輯混合在一起,統統列在一個多重轉移語句裏面,比使用繼承的辦法還要原始和落後。
策略模式的缺點有:
1. 客戶端必須知道所有的策略類,並自行決定使用哪一個策略類。這就意味着客戶端必須理解這些算法的區別,以便適時選擇恰當的算法類。換言之,策略模式只適用於客戶端知道所有的算法或行爲的情況。
2. 策略模式造成很多的策略類。有時候可以通過把依賴於環境的狀態保存到客戶端裏面,而將策略類設計成可共享的,這樣策略類實例可以被不同客戶端使用。換言之,可以使用享元模式來減少對象的數量。
八、 其它
策略模式與很多其它的模式都有着廣泛的聯繫。Strategy很容易和Bridge模式相混淆。雖然它們結構很相似,但它們卻是爲解決不同的問題而設計的。Strategy模式注重於算法的封裝,而Bridge模式注重於分離抽象和實現,爲一個抽象體系提供不同的實現。Bridge模式與Strategy模式都很好的體現了"Favor composite over inheritance"的觀點。
推薦大家讀一讀《IoC 容器和Dependency Injection 模式》,作者Mar