C++ 设计模式之责任链模式

简介

1、责任链模式（Chain of Responsibility）：为解除请求的发送者和接收者之间耦合，而使多个对象都有机会处理这个请求。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。

2、责任链模式（Chain of Responsibility）应用场景包括但不限于：

2.1、当有多个对象可以处理同一个请求时，具体哪个对象处理该请求由运行时刻自动确定。

2.2、当你想在不明确指定接收者的情况下，向多个对象中的一个提交一个请求时。

2.3、当你想在不必指定具体接收者的前提下，向一个或多个对象发出请求时。

3、责任链模式（Chain of Responsibility）的构成

3.1、抽象处理者（Handler）：定义一个处理请求的接口，包含一个处理请求的抽象方法和一个指向下一个处理者的引用。

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class Logger
{
public:
	Logger(LogLevel level);
	void setNext(std::shared_ptr<Logger> nextLogger);
	void logMessage(LogLevel level, const std::string& message);
	virtual void write(const std::string& message) = 0;

protected:
	LogLevel logLevel;
	std::shared_ptr<Logger> next;
};

3.2、具体处理者（Concrete Handler）：实现抽象处理者的方法，判断能否处理请求，如果能够处理请求则进行处理，否则将请求传递给下一个处理者。

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class InfoLogger : public Logger
{
public:
	InfoLogger(LogLevel level);
	void write(const std::string& message);
};

4、责任链模式（Chain of Responsibility）的优点

4.1、减少耦合度：它将请求的发送者和接收者解耦。

4.2、增强了对象的责任：通过改变链内的成员或调整它们的顺序，允许动态地新增或删除责任。

4.3、增加了灵活性：可以在运行时改变链中处理者的顺序和数量。

4.4、简化对象：对象只需要知道如何将请求发送到链上，而不需要知道链的结构细节。

4.5、分布请求处理：可以让多个对象都有机会处理请求，从而将单个请求的处理分散到多个类中。

5、责任链模式（Chain of Responsibility）的缺点

5.1、请求可能未被处理：在某些情况下请求可能会到达链的末尾都没有被处理。

5.2、性能问题：由于请求的处理经过多个对象，可能会影响性能。

5.3、复杂性增加：系统设计更加复杂，需要维护链中的顺序。

5.4、调试难度大：由于请求在链中传递的过程中可能会变得难以追踪，使得问题难以定位。

简单示例

1、定义

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// 日志级别常量
enum LogLevel {
	NONE = 0,
	INFO = 1,
	DEBUG = 2,
	WARNING = 3,
	ERROR = 4
};

// 抽象基类
class Logger
{
public:
	Logger(LogLevel level);
	void setNext(std::shared_ptr<Logger> nextLogger);
	void logMessage(LogLevel level, const std::string& message);
	virtual void write(const std::string& message) = 0;

protected:
	LogLevel logLevel;
	std::shared_ptr<Logger> next;
};

// INFO级别的日志处理者
class InfoLogger : public Logger
{
public:
	InfoLogger(LogLevel level);
	void write(const std::string& message);
};

// DEBUG级别的日志处理者
class DebugLogger : public Logger
{
public:
	DebugLogger(LogLevel level);
	void write(const std::string& message);
};

// WARNING级别的日志处理者
class WarningLogger : public Logger
{
public:
	WarningLogger(LogLevel level);
	void write(const std::string& message);
};

// ERROR级别的日志处理者
class ErrorLogger : public Logger
{
public:
	ErrorLogger(LogLevel level);
	void write(const std::string& message);
};

2、实现

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Logger::Logger(LogLevel level) : logLevel(level)
{

}

void Logger::setNext(std::shared_ptr<Logger> nextLogger)
{
	next = nextLogger;
}

void Logger::logMessage(LogLevel level, const std::string& message)
{
	if (logLevel <= level)
	{
		write(message);
	}
	if (next)
	{
		next->logMessage(level, message);
	}
}

InfoLogger::InfoLogger(LogLevel level) : Logger(level)
{

}

void InfoLogger::write(const std::string& message)
{
	if (logLevel == LogLevel::INFO)
	{
		std::cout << "Info: " << message << std::endl;
	}
}

DebugLogger::DebugLogger(LogLevel level) : Logger(level)
{

}

void DebugLogger::write(const std::string& message)
{
	if (logLevel == LogLevel::DEBUG)
	{
		std::cout << "Debug: " << message << std::endl;
	}
}

WarningLogger::WarningLogger(LogLevel level) : Logger(level)
{

}

void WarningLogger::write(const std::string& message)
{
	if (logLevel == LogLevel::WARNING)
	{
		std::cout << "Warning: " << message << std::endl;
	}
}

ErrorLogger::ErrorLogger(LogLevel level) : Logger(level)
{

}

void ErrorLogger::write(const std::string& message)
{
	if (logLevel == LogLevel::ERROR)
	{
		std::cout << "Error: " << message << std::endl;
	}
}

3、调用

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auto infoLogger = std::make_shared<InfoLogger>(LogLevel::INFO);
auto debugLogger = std::make_shared<DebugLogger>(LogLevel::DEBUG);
auto warningLogger = std::make_shared<WarningLogger>(LogLevel::WARNING);
auto errorLogger = std::make_shared<ErrorLogger>(LogLevel::ERROR);

infoLogger->setNext(debugLogger);
debugLogger->setNext(warningLogger);
warningLogger->setNext(errorLogger);

// 构建完整的责任链，从INFO到ERROR
infoLogger->logMessage(LogLevel::INFO, "This is an informational message.");
std::cout << std::endl;
infoLogger->logMessage(LogLevel::DEBUG, "This is a debug message.");
std::cout << std::endl;
infoLogger->logMessage(LogLevel::WARNING, "This is a warning message.");
std::cout << std::endl;
infoLogger->logMessage(LogLevel::ERROR, "This is an error message.");