设计模式-策略模式

策略模式（Strategy Pattern）作为一种行为型设计模式，通过定义一系列的算法，并将每个算法封装起来，使它们可以互换使用，从而提高系统的灵活性和可扩展性。

一、策略模式的原理

策略模式的核心思想是将算法的实现与使用分离，使得算法可以独立于客户端变化。它定义了一系列算法，并将每个算法封装在单独的类中，通过组合而非继承的方式，在运行时动态选择算法的实现。

策略模式通常包含三个主要角色：

1. 策略接口（Strategy）：定义了一个算法的公共接口，所有具体策略类都实现这个接口。
2. 具体策略类（Concrete Strategy）：实现了策略接口的具体算法。
3. 上下文类（Context）：维护一个策略对象的引用，并定义了一个接口供客户调用以执行算法。上下文类将具体的算法委托给策略对象来执行。

二、应用场景

策略模式广泛应用于需要算法替换和行为切换的场景中，例如：

1. 不同类型的排序：在应用程序中，可以根据当前数据的特性选择最优的排序算法，如快速排序、归并排序等。
2. 文件压缩：根据文件类型或大小选择不同的压缩算法，如zip、gzip等。
3. 支付方式选择：在电商系统中，支持多种支付方式（如信用卡支付、第三方支付、货到付款等）。
4. 促销活动：如满减促销、返现促销、打折促销等，每种促销方式都对应一个具体的策略实现。
5. 游戏AI：根据不同关卡和难度，切换敌人的行为策略。

三、优缺点分析

优点

1. 算法可互换：策略模式允许在运行时选择算法，提高了系统的灵活性和可扩展性。
2. 降低耦合度：客户端与算法实现解耦，客户端只需要知道策略接口，不需要了解具体的算法实现。
3. 简化条件语句：避免了在客户端代码中使用大量的条件判断语句来选择算法。
4. 易于扩展：新增策略或修改策略时，不需要修改现有代码，符合开闭原则。

缺点

1. 类数量增加：每定义一个策略，就需要新增一个类，可能会导致类数量过多，增加系统复杂度。
2. 客户端需要了解不同策略：客户端选择合适的策略时，需要了解每种策略的差异。
3. 策略间关系复杂时难以维护：如果策略之间存在复杂的关系，可能会增加维护和扩展的难度。

四、C++使用示例

下面是一个使用C++实现的策略模式示例，展示了如何使用策略模式实现不同排序算法的选择：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

// 策略接口
class SortingStrategy {
public:
    virtual void sort(std::vector<int>& arr) = 0;
    virtual ~SortingStrategy() {} // 虚析构函数以支持多态删除  
};

// 具体策略类：冒泡排序
class BubbleSort : public SortingStrategy {
public:
    void sort(std::vector<int>& arr) override {
        // 冒泡排序实现代码...
        std::cout << "Using Bubble Sort" << std::endl;
        // 示例：简单排序
        std::sort(arr.begin(), arr.end());
    }
};

// 具体策略类：快速排序
class QuickSort : public SortingStrategy {
public:
    void sort(std::vector<int>& arr) override {
        // 快速排序实现代码...
        std::cout << "Using Quick Sort" << std::endl;
        // 示例：简单排序
        std::sort(arr.begin(), arr.end());
    }
};

// 上下文类
class SortingContext {
private:
    SortingStrategy* strategy;
public:
    SortingContext(SortingStrategy* strategy) : strategy(strategy) {}
    void setStrategy(SortingStrategy* newStrategy) {
        strategy = newStrategy;
    }
    void sortArray(std::vector<int>& arr) {
        strategy->sort(arr);
    }
};

int main() {
    std::vector<int> arr = {5, 3, 1, 4, 2};
    SortingContext context(new BubbleSort()); // 初始策略为冒泡排序
    context.sortArray(arr); // 使用冒泡排序对数组进行排序
    context.setStrategy(new QuickSort()); // 切换策略为快速排序
    context.sortArray(arr); // 使用快速排序对数组进行排序
    return 0;
}

这个示例中，我们定义了一个排序策略接口SortingStrategy，以及两个具体策略类BubbleSort和QuickSort。SortingContext类作为上下文类，负责持有策略对象的引用，并根据客户端的需求调用相应的排序算法。在main函数中，我们创建了一个SortingContext对象，并演示了如何在运行时动态切换排序算法。