设计模式——模版方法和策略模式

前言

作为一名资深CV工程师，学会为自己减少工作量乃重中之重。但只是一味地CV，只会因为劣质代码而让自己的工作量加倍，为了将来不被繁重的维护工作而打扰自己的休息日，为了更好的节能，学习设计模式，刻不容缓。

模版方法

概念

生活中我们总是离不开各种模版的存在，作文、文章、简历的模版。正是因为这些模板的存在，我们工作的效率才大大提高，而设计模式的中模版方法正是与现实生活中的模版如出一辙。

现实中的模版一般有两类，一类为只有大体框架的，而另一类为全部都填写完的，只需要修改你想要的部分即可。我们在设计模版方法的时候，可以设计一个骨架作为调用流程，而具体的功能/算法则留给派生类来实现。或者，将那些会变化的代码逻辑封装起来，如果有需要再留给派生类更改。

定义

模版方法指的是为算法定义一个大体运行框架，而将那些会变化的代码封装起来，而留给派生类实现的一种设计模式。

代码实现

以冲泡饮料为例，冲泡的步骤基本都不会改变，只有一部分细节会有变化，正好可以使用模版方法进行设计封装。
Beverage +void PrepareRecipe() +~Beverage() #void BoilWater() #void PourInCup() #void Brew() #void AddCondiments() Coffee #void Brew() #void AddCondiments() Tea #void Brew() #void AddCondiments()

代码实例

cpp 复制代码

class Beverage
{
public:
    void PrepareRecipe()
    {   // 代码运行的大体框架
        BoilWater();
        PourInCup();
        Brew();
        AddCondiments();
    }
    virtual ~Beverage() = default;
protected:
    // 具体实现可留给子类实现
    virtual void BoilWater()
    {
        std::cout << "Boiling water" << std::endl;
    }

    virtual void PourInCup()
    {
        std::cout << "Pouring into cup" << std::endl;
    }

    virtual void Brew() = 0;

    virtual void AddCondiments() = 0;
};

class Coffee : public Beverage
{
protected:
    void Brew() override { std::cout << "Brewing coffee" << std::endl; }
    void AddCondiments() override { std::cout << "Adding sugar and milk" << std::endl; }
};

class Tea : public Beverage
{
protected:
    void Brew() override { std::cout << "Brewing tea" << std::endl; }
    void AddCondiments() override { std::cout << "Adding lemon" << std::endl; }
};

钩子方法

钩子方法是模版方法的一种变体，它在框架中定义一个判断方法（钩子），让子类来决定其代码逻辑，减少了减少了外部的干预，提高了代码的灵活度与拓展性。

继续用上方的饮料代码来举例就是，不是所有都饮料中都需要添加调味剂/配料，此时可以由子类决定其算法逻辑。

代码实例

cpp 复制代码

class Beverage
{
public:
    void PrepareRecipe()
    {   // 代码运行的大体框架
        BoilWater();
        PourInCup();
        Brew();
        if (NeedCondiments()) AddCondiments();
    }
    virtual ~Beverage() = default;
protected:
    // 钩子方法
    virtual bool NeedCondiments() { return false; }
    // 具体实现可留给子类实现
    virtual void BoilWater()
    {
        std::cout << "Boiling water" << std::endl;
    }

    virtual void PourInCup()
    {
        std::cout << "Pouring into cup" << std::endl;
    }

    virtual void Brew() {std::cout << "Brew some drink"; };

    virtual void AddCondiments() { std::cout << "Adding some condiments"; }
};

class Coffee : public Beverage
{
protected:
    bool NeedCondiments() override { return true; }
    void Brew() override { std::cout << "Brewing coffee" << std::endl; }
    void AddCondiments() override { std::cout << "Adding sugar and milk" << std::endl; }
};

策略模式

概念

策略模式指的是将算法封装起来(成员变量/接口)，使其能够根据不同情况而更换。策略模式与模版方法都需要将其算法/实现封装起来，初认可能会将其混淆，但只要认清模版方法是将实现延迟到子类实现，而策略模式是变化封装成类(接口/委托)，就不会混淆了。

这里使用支付系统作为例子，随着互联网的发展，我们的支付方式越发变得丰富，如果每增加一个支付方式，支付系统都要重写代码的话，那么想必程序员都再也不用担心失业了。这种情况下使用策略模式，将支付手段封装起来，那么就正好符合OO原则中的开闭原则，系统的维护性也更好。
Payment +Pay(int amount) CreditCardPayment +Pay(int amount) PayPalPayment +Pay(int amount) PaymentContext -Payment* _payment +PayAmount(int amount) +SetPayment(Payment* payment)

实现

cpp 复制代码

class Payment
{
public:
    virtual void Pay(int amount) = 0; // 抽象支付方式
    virtual ~Payment() = default;
};

// 不同支付方式继承与同一个接口
class CreditCardPayment : public Payment
{
public:
    void Pay(int amount) override
    {
        std::cout << "Paying " << amount << " using CreditCard" << std::endl;
    }
};

class PayPalPayment : public Payment
{
public:
    void Pay(int amount) override
    {
        std::cout << "Paying " << amount << " using PayPal" << std::endl;
    }
};

class PaymentContext
{
private:
    Payment* _payment{};
public:
    void PayAmount(int amount)
    {
        if (_payment) _payment->Pay(amount);
    }
    // 根据需要变更策略
    void SetPayment(Payment* payment) { _payment = payment;}
};

总结

特点	模板方法模式	策略模式
定义	将算法的固定部分提取到基类，变化部分由子类实现。	将不同算法封装成独立的类，通过上下文类动态切换算法。
设计意图	通过基类定义算法框架，将具体实现延迟到子类。	通过将算法封装成独立的类，使其能够在运行时动态替换。
使用场景	固定流程的多个步骤，其中部分步骤的实现因子类不同而不同。	多种算法可以互换，且算法相对独立，变化频繁。
优点	1. 代码复用性高。 2. 易于扩展新功能。	1. 符合开闭原则。 2. 代码更加灵活，易于维护和扩展。
缺点	1. 继承关系较复杂。 2. 增加类的数量。	1. 增加系统复杂度。 2. 上下文类需要了解所有策略的细节。

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