《大话设计模式》解读02-策略模式
本篇文章，来解读《大话设计模式》的第2章——策略模式。并通过Qt和C++代码实现实例代码的功能。
1 策略模式
策略模式作为一种软件设计模式，指对象有某个行为，但是在不同的场景中，该行为有不同的实现算法。
策略模式的特点：
- 定义了一组算法（业务规则）
- 封装了每个算法
- 这一类的算法可互换代替
策略模式的组成：
- 抽象策略角色（策略类）： 通常由一个接口或者抽象类实现
- 具体策略角色：包装了相关的算法和行为
- 环境角色（上下文）：持有一个策略类的引用（或指针），最终给客户端调用
策略模式（Strategy）：它定义了算法家族，分别封装起来，让它们之间可以互相替换，此模式让算法的变化，不会影响到使用算法的客户。
2 收银软件实例
题目：做一个商场收银软件，营业员根据用户所购买商品的单价和数量，向客户收费
我们联想策略模式，对于收费行为，在不同的场景中（正常收费、打折收费、满减收费），对应不同的算法（或称策略）实现。
下面先来看版本一，还未使用策略模式，仅实现基础的收费计算。
2.1 版本一：基础收费
这里使用Qt设计一个收费系统的界面，每次可以输入单价和数量，点确定按钮之后，会在信息框中展示此次的合计价格，支持多个商品的多次计算，多次计算的总价在最下面的总计栏中展示。
对应的代码实现如下：
- on_okBtn_clicked 为Qt点击确定按钮后的槽函数：该函数实现为，此次的价格合计等于价格x数量，多次的价格累加是总计价格。
- on_resetBtn_clicked 为Qt点击重置按钮后的槽函数：该函数实现为，清空相关的显示和各种数据
void Widget::on_okBtn_clicked()
{
// 此次的价格合计：价格*数量
float thisPrice = ui->priceEdit->text().toFloat() * ui->numEdit->text().toInt();
// 总计
m_fTotalPrice += thisPrice;
// 窗口中展示明细
ui->showPanel->append("price:" + ui->priceEdit->text()
+ ", num:" + ui->numEdit->text()
+ " -> (" + QString::number(thisPrice) + ")");
// 显示总计
ui->totalShow->setText(QString::number(m_fTotalPrice));
}
void Widget::on_resetBtn_clicked()
{
m_fTotalPrice = 0;
ui->showPanel->clear();
ui->totalShow->clear();
ui->priceEdit->clear();
ui->numEdit->clear();
}
实际的演示效果如下，仅实现单价x数量功能：
如果在此基础上，需要增加打折收费功能，需要怎么做呢？下面来看版本二。
2.2 版本二：增加打折
对于打折功能，在界面上，只需要增加一个打折率的下拉框即可，然后在计算公式上在加一步乘以打折率即可，代码改动不大：
void Widget::on_okBtn_clicked()
{
// 根据下拉框获取对应的打折率
float rebate = 1.0;
if (ui->calcSelect->currentIndex() == 1) rebate = 0.8;
else if (ui->calcSelect->currentIndex() == 2) rebate = 0.7;
else if (ui->calcSelect->currentIndex() == 3) rebate = 0.5;
// 此次的价格合计：价格*数量*打折率
float thisPrice = ui->priceEdit->text().toFloat() * ui->numEdit->text().toInt() * rebate;
// 总计
m_fTotalPrice += thisPrice;
// 窗口中展示明细
ui->showPanel->append("price:" + ui->priceEdit->text()
+ ", num:" + ui->numEdit->text()
+ ", rebate:" + QString::number(rebate)
+ " -> (" + QString::number(thisPrice) + ")");
// 显示总计
ui->totalShow->setText(QString::number(m_fTotalPrice));
}
演示效果如下，可以支持正常收费、八折收费、七折收费和五折收费。
目前看起来代码也还可以，但如果此时需要增加满减活动呢？比如满300减100这种。
因为满减这种方式，不像打折那样简单的乘以一个打折率就行了，它需要两个参数，满减的价格条件，的，满减的优惠值，，对于满300减100的方式，如果是700，满足了2次，就要减200了，这种计算方式需要单独再写一套计算逻辑。
下面来看版本三是如何实现的。
2.3 版本三：简单工厂
联想上次介绍的简单工厂模式，对于目前收费的需求，实际可以将其分类三类：
- 正常收费类：不需要参数
- 打折收费类：需要1个参数（打折率）
- 满减收费类（返利收费类）：需要2次参数（满减的价格条件的满减的优惠值）
因此，可以将这3钟方式分别封装为单独的收费类，并通过简单工厂的方式，在不同的收费需求下，实例化对应的收费计算对象，进行收费的计算。
2.3.1 收费类相关代码
对应的代码如下，设计了现金收费类CashSuper以及对应的具体子类：
- 正常收费类：CashNormal，将原价原路返回
- 打折收费类：CashRebate，初始化时输入打折率，计算时返回打折后的价格
- 返利收费类：CashReturn，初始化时输入满减的条件和满减的值，计算时返回满减后的值
// 现金收费类
class CashSuper
{
public:
virtual float acceptCash(float money)
{
return money;
}
};
// 正常收费类
class CashNormal : public CashSuper
{
public:
// 原价返回
float acceptCash(float money)
{
return money;
}
};
// 打折收费类
class CashRebate : public CashSuper
{
private:
float m_fMoneyRebate = 1.0;
public:
// 初始化时输入打折率
CashRebate(float rebate)
{
m_fMoneyRebate = rebate;
}
// 返回打折后的价格
float acceptCash(float money)
{
return money * m_fMoneyRebate;
}
};
// 返利收费类
class CashReturn : public CashSuper
{
private:
float m_fMoneyCondition = 0;
float m_fMoneyReturn = 0;
public:
// 初始化时输入满减的条件和满减的值
CashReturn(float moneyCondition, float moneyReturn)
{
m_fMoneyCondition = moneyCondition;
m_fMoneyReturn = moneyReturn;
}
public:
// 返回满减后的值（满足满减倍数，按倍数满减）
float acceptCash(float money)
{
float result = money;
if (money >= m_fMoneyCondition)
{
result -= ((int) money / (int) m_fMoneyCondition) * m_fMoneyReturn;
}
return result;
}
};
//现金收费工厂类
class CashFactory
{
public:
CashSuper *createCashAccept(int combIdx) // 参数为下拉列表中的索引
{
CashSuper *pCS = nullptr;
switch (combIdx)
{
case 0: // "正常收费"
{
pCS = (CashSuper *)(new CashNormal());
break;
}
case 1: // "打8折"
{
pCS = (CashSuper *)(new CashRebate(float(0.8)));
break;
}
case 2: // "满300返100"
{
pCS = (CashSuper *)(new CashReturn(float(300), float(100)));
break;
}
default:
break;
}
return pCS;
}
};
2.3.2 Qt界面上点击确定的槽函数的修改
Qt界面上点击确定，客户端的处理逻辑如下：
- 计算此次的价格原价：价格x数量
- 根据下拉框当前选择的策略，获取对应的索引值，目前代码中写了3种：
- 索引0：正常收费
- 索引1：打8折
- 索引2：满300返100
- 调用现金计算工厂，传入索引值，实例化对应的现金计算对象
- 调用现金计算对象，得到此次的计算结果，展示在窗口明细中
- 计算总计值，显示在总计框
void Widget::on_okBtn_clicked()
{
// 此次的价格原价：价格*数量
float thisPrice = ui->priceEdit->text().toFloat() * ui->numEdit->text().toInt();
// 下拉框不同计算策略的索引值
int idx = ui->calcSelect->currentIndex();
// 现金计算工厂
CashFactory cashFactory;
CashSuper *pCS = cashFactory.createCashAccept(idx);
if (pCS != nullptr)
{
// 传入原价，根据结算规则，得到计算后的实际价格
thisPrice = pCS->acceptCash(thisPrice);
delete pCS;
}
// 总计
m_fTotalPrice += thisPrice;
// 窗口中展示明细
ui->showPanel->append("price:" + ui->priceEdit->text()
+ ", num:" + ui->numEdit->text()
+ ", method:" + ui->calcSelect->currentText()
+ " -> (" + QString::number(thisPrice) + ")");
// 显示总计
ui->totalShow->setText(QString::number(m_fTotalPrice));
}
演示效果如下，可以支持正常收费、八折收费、满300减100收费。
上述代码，使用了简单工厂模式后，如果再需要增加一种新类型的促销手段，比如满100元则有10个积分，则只需要再增加一个现在收费类即可，接收2个参数（满足积分的条件和对应的积分值），继承于CashSuper类。
不过，虽然简单工厂模式实现了对不同的收费计算对象的创建管理，但对于本案例，商场可能经常更改打折的额度和返利额度，而每次维护或扩展收费方式都要改动这个工厂，然后代码需要重新编译部署，好像不是一种很好的方式。
下面来看版本四是如何实现的。
2.4 版本四：策略模式
版本四用到了本篇的主题——策略模式。
策略模式（Strategy）：它定义了算法家族，分别封装起来，让它们之间可以互相替换，此模式让算法的变化，不会影响到使用算法的客户。
对于本例，商场的促销手段：打折、返利这些，对应的就是算法。
用工厂来生成算法对象，本身也没有问题，但算法只是一种策略，而这些策略是随时可能互相替换的，这就是变化点。
策略模式的作用就是来封装变化点，设计的UML类图如下，与简单工厂的主要区别是将简单工厂类换成了上下文类：
- 上下文类，或称环境类，维护对具体策略的引用
- 现金收费类，在这里对应的是策略类（父类）
- 3种具体收费类，在这里对应的是具体的策略类（子类）
策略模式和简单工厂模式初看可能比较像，下面来看下代码实现的区别。
2.4.1 现金收费上下文类
收费类相关代码。相比较版本三，收费类和具体的收费类都不需要动，只需要把简单工厂类改为现金收费上下文类即可。
现金收费上下文类有一个CashSuper的指针，实现对具体策略的引用
在初始化CashContext时，传入CashSuper的指针的指针，通过其提供的GetResult方法，可以得到其算法的计算结果。
这里的GetResult方法，调用的是具体策略的acceptCash方法。
//现金收费上下文类
class CashContext
{
private:
CashSuper *m_pCS = nullptr;
public:
CashContext(CashSuper *pCsuper)
{
m_pCS = pCsuper;
}
~CashContext()
{
if (m_pCS) delete m_pCS;
}
float GetResult(float money)
{
return m_pCS->acceptCash(money);
}
};
2.4.2 Qt界面上点击确定的槽函数的修改
Qt界面上点击确定，客户端的处理逻辑如下：
- 计算此次的价格原价：价格x数量
- 根据下拉框当前选择的策略，获取对应的索引值（0：正常收费，1：打8折，2：满300返100）
- 然后将具体的算法类作为参数来创建一个上下文类
- 再调用上下文类的GetResult方法，得到此次的计算结果，展示在窗口明细中
- 计算总计值，显示在总计框
void Widget::on_okBtn_clicked()
{
// 此次的价格原价：价格*数量
float thisPrice = ui->priceEdit->text().toFloat() * ui->numEdit->text().toInt();
// 下拉框不同计算策略的索引值
int idx = ui->calcSelect->currentIndex();
CashContext *pCC = nullptr;
switch (idx)
{
case 0: // "正常收费"
{
pCC = new CashContext(new CashNormal());
break;
}
case 1: // "打8折"
{
pCC = new CashContext(new CashRebate(float(0.8)));
break;
}
case 2: // "满300返100"
{
pCC = new CashContext(new CashReturn(float(300), float(100)));
break;
}
default:
break;
}
// 计算后的价格
if (pCC != nullptr)
{
// 传入原价，根据结算规则，得到计算后的实际价格
thisPrice = pCC->GetResult(thisPrice);
delete pCC;
}
// 总计
m_fTotalPrice += thisPrice;
// 窗口中展示明细
ui->showPanel->append("price:" + ui->priceEdit->text()
+ ", num:" + ui->numEdit->text()
+ ", method:" + ui->calcSelect->currentText()
+ " -> (" + QString::number(thisPrice) + ")");
// 显示总计
ui->totalShow->setText(QString::number(m_fTotalPrice));
}
该代码的演示效果和版本三的一样，这里不再贴图。
下面再来分析下版本四的策略模式和版本三的简单工厂模式的区别：
- 简单工厂模式：通过简单工厂来得到具体的计算对应对象，调用具体对象的acceptCash方法得到结果。
- 策略模式：通过上下文类来维护对具体策略的引用，调用上下文类的GetResult方法得到结果（本质也是调用其维护的具体策略的acceptCash方法）。
对比发现，两种模式区别就在于;
- 简单工厂模式是，根据你的需求，给你创建一个对应的收费计算对象，后续的收费计算你和这个对象来对接即可。
- 而策略模式是，根据你的需求，上下文类帮你和具体的策略对象对接，你需要计算时，仍然通过上下文类的接口获取即可。
对于版本四的代码，Qt界面上客户端的处理代码又变得复杂了，如何将客户端的那些判断逻辑移走呢？下面来看版本五。
2.5 版本五：策略模式+简单工厂
版本四的代码，CashContext上下文类在初始化时，接收的参数是具体的策略类的指针。
在版本五中，将参数改为Qt界面收费类型下拉框的索引值，然后在CashContext内部，根据索引值，利用简单工厂模式，CashContext自己创建对应的策略对象，代码如下;
2.5.1 在策略模式内加入简单工厂
//现金收费上下文类
class CashContext
{
private:
CashSuper *m_pCS = nullptr;
public:
CashContext(int combIdx)
{
switch (combIdx)
{
case 0: // "正常收费"
{
m_pCS = (CashSuper *)(new CashNormal());
break;
}
case 1: // "打8折"
{
m_pCS = (CashSuper *)(new CashRebate(float(0.8)));
break;
}
case 2: // "满300返100"
{
m_pCS = (CashSuper *)(new CashReturn(float(300), float(100)));
break;
}
default:
break;
}
}
~CashContext()
{
if (m_pCS) delete m_pCS;
}
float GetResult(float money)
{
if (m_pCS)
{
return m_pCS->acceptCash(money);
}
return money;
}
};
2.5.2 Qt界面上点击确定的槽函数的修改
Qt界面上点击确定，客户端的处理逻辑如下：
- 计算此次的价格原价：价格x数量
- 根据下拉框当前选择的策略，获取对应的索引值（0：正常收费，1：打8折，2：满300返100）
- 然后将索引值作为参数来创建一个上下文类
- 再调用上下文类的GetResult方法，得到此次的计算结果，展示在窗口明细中
- 计算总计值，显示在总计框
可以看到如下代码中，版本五的Qt确定按钮的逻辑，又变得清爽起来。
但实际上，只是把这部分判断的代码移动到了CashContext中，如果后续需要新增一种算法，还是要修改CashContext中的判断的，但有需求就会有修改，任何需求的变更都是有成本的，只是变更成本高低的不同，继续降低目前CashContext的修改成本，可以利用反射技术，这在后续介绍抽象工厂模式时会提到。
void Widget::on_okBtn_clicked()
{
// 此次的价格原价：价格*数量
float thisPrice = ui->priceEdit->text().toFloat() * ui->numEdit->text().toInt();
// 下拉框不同计算策略的索引值
int idx = ui->calcSelect->currentIndex();
CashContext cc = CashContext(idx);
// 传入原价，根据结算规则，得到计算后的实际价格
thisPrice = cc.GetResult(thisPrice);
// 总计
m_fTotalPrice += thisPrice;
// 窗口中展示明细
ui->showPanel->append("price:" + ui->priceEdit->text()
+ ", num:" + ui->numEdit->text()
+ ", method:" + ui->calcSelect->currentText()
+ " -> (" + QString::number(thisPrice) + ")");
// 显示总计
ui->totalShow->setText(QString::number(m_fTotalPrice));
}
版本五的演示结果与版本三、版本四的效果一样，这里不再贴图。
3 总结
本篇介绍了设计模式中的策略模式，并通过商场收费计算软件的实例，使用Qt和C++编程，从基础的收费功能到后续需求的增加，一步步修改代码，来学习策略模式的使用，以及对比策略模式与简单工厂模式的不同。
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