Design Patterns学习笔记21：Strategy

一、概述
Strategy（策略）模式又称Policy模式，用于定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可相互替换。这里的算法并非狭义的数据结构或算法理论中所讨论的KMP、shell sort等算法，而是指应用程序设计中不同的处理逻辑，前面所说的狭义的算法只是其中的一部分。Strategy模式使得算法与算法的使用者相分离，减少了二者间的耦合度，使得算法可独立于使用它的客户而变化；同时，由于设计粒度的减小，程序的复用性也得到了进一步提高，分离出来的算法可以更好地适应复用的需要。

二、结构
Strategy模式的结构如下图所示：

图1.Strategy模式类图示意
上图中存在如下角色：

从结构上看，Strategy模式与上一篇讨论的State模式有几分相似，但二者所讨论的Context（情景）具有显著的差异：
State模式在于将其状态信息分离出来保存到一个独立的对象中，以便状态信息的获取或状态的转换；Strategy模式在于将可能的算法分离出来，根据需要进行适当的选择。此外，二者的区别还在于，Strategy模式中各个Strategy（算法、策略）往往用于解决相同的问题，即只是解决同一问题的不同“策略”、“途径”，而且，一次只能有一个Strategy为上次应用提供服务；而State模式中的各个State本身往往具有一定的差异，但他们之间存在明显的相互转换的关系，而且这种转换往往会在程序运行过程中经常性地发生，同时存在一个以上State也是可能的。

区别参考：二者的应用场合不同。状态模式用于处理对象有不同状态（状态机）的场合，策略模式用于随不同外部环境采取不同行为的场合。在状态模式中，状态的变迁是由对象的内部条件决定，外界只需关心其接口，不必关心其状态对象的创建和转化；而策略模式里，采取何种策略由外部条件决定。所以，有人说“状态模式是完全封装且自修改的策略模式”。至于Bridge，在结构上与前两者都不一样了。要说相似之处，就是三者都有具有对外接口统一的类，展现出多态性而已。

三、应用
当存在以下情况时可考虑使用Strategy模式：
1.许多相关的类仅仅是行为有异。“策略”提供了一种用多个行为中的一个行为来配置一个类的方法。
2.需要使用一个算法的不同变体。例如，你可能会定义一些反映不同的空间/时间权衡的算法，当这些变体实现为一个算法的类层次时，可以使用策略模式。
3.算法使用客户不应该知道的数据。可使用策略模式以避免暴露复杂的、与算法相关的数据结构。
4.一个类定义了多种行为，并且这些行为在这个类的操作中以多个条件语句的形式出现。将相关的条件分支移入它们各自的Strategy类中以代替这些条件语句。
更具体的应用实例包括：
1.以不同的格式保存文件；
2.以不同的方式对文件进行压缩或其他处理；
3.以不同的方式绘制/处理相同的图形数据；
等等。

四、优缺点

五、举例
下面是一个应用Strategy模式对vector进行排序的例子，为了简化问题，其中的排序Strategy实际上调用的是STL的排序算法：sort和stable_sort。

/**//********************************START**************************************
应用Strategy模式对vector进行排序的例子，为了简化问题，其中的排序Strategy实际上
调用的是STL的排序算法：sort和stable_sort。
**********************************END****************************************/
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <time.h>
using namespace std;



/**//*接口类模板定义*/
template <typename T>
class SortStrategy    // Strategy
...{
public:
    virtual void Sort( vector<T>& v_t ) = 0;
};


/**//*具体类1模板定义*/
template <typename T>
class SortQuick : public SortStrategy<T>    // ConcreateStrategy1
...{
public:
    void Sort( vector<T>& v_t ) ...{ std::sort( v_t.begin(), v_t.end() ); }
};



/**//*具体类2模板定义*/
template <typename T>
class SortStable : public SortStrategy<T>    // ConcreateStrategy1
...{
public:
    void Sort( vector<T>& v_t ) ...{ std::stable_sort(v_t.begin(), v_t.end()); }
};


/**//*用户类模板定义*/
template <typename T>
class Context ...{        // Context, who or whose client takes charge of which strategy will be selected
public:
    Context() ...{ m_pStrategy = NULL; }
    virtual ~Context() ...{ if (m_pStrategy != NULL) delete m_pStrategy; }

    void SetStrategy(SortStrategy<T>* pStrategy);    // select a strategy

    void ReadVector( vector<T>& v_t);
    bool SortVector();
    void OutputVector();
private:
    vector<T> m_vt;
    SortStrategy<T>*  m_pStrategy;    // a pointer to current strategy
};



template <typename T>
void Context<T>::SetStrategy( SortStrategy<T>* pStrategy )
...{
    if ( NULL != m_pStrategy )
        delete m_pStrategy;

    m_pStrategy = pStrategy;
}


template <typename T>
void Context<T>::ReadVector( vector<T>& v_t)
...{
    m_vt.clear();
    copy( v_t.begin(), v_t.end(), back_inserter( m_vt ) );
}


template <typename T>
bool Context<T>::SortVector()
...{
    if ( NULL == m_pStrategy )
        return false;

    m_pStrategy->Sort( m_vt );

    return true;
}


template <typename T>
void Context<T>::OutputVector()
...{
    copy( m_vt.begin(), m_vt.end(), ostream_iterator<T>( cout, " " ) );
}


// a functor to generate random int
struct RandGen
...{
    RandGen(int ratio) ...{ m_ratio = ratio; }
    int operator() () ...{ return rand() % m_ratio + 1; }
private:
    int m_ratio;
};


int main()
...{
    const int NUM = 9;
    vector< int > vi;
    time_t t;
    srand( (unsigned) time(&t) );

    // create a vector with random information
    vi.reserve(NUM + 1);
    generate_n(back_inserter(vi), NUM, RandGen(NUM));

    Context< int >  con;
    con.SetStrategy( new SortQuick<int>() );
    con.ReadVector( vi );
    con.OutputVector();

    cout << endl;

    con.SortVector();
    con.OutputVector();

    return 0;
} 


/**//********************************OUTPUT**************************************
1 7 4 1 3 4 2 9 6
1 1 2 3 4 4 6 7 9 
Press any key to continue . . .

结果里面显示两种sort()方法的结果
**********************************END****************************************/