设计模式——代理模式

一、定义与概念

定义
C++ 代理模式（Proxy Pattern）是一种结构型设计模式，它为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。在代理模式中，存在一个真实对象（被代理对象）和一个代理对象，客户端通过代理对象来间接访问真实对象，代理对象可以在访问真实对象前后进行一些额外的操作，比如权限检查、延迟加载、缓存等。
核心思想
通过引入代理对象来代替真实对象处理客户端的请求，代理对象和真实对象实现相同的接口，这样对于客户端来说，它不需要知道是在与真实对象还是代理对象打交道，而代理对象可以在必要时对请求进行预处理或后处理。

二、结构和组成部分

抽象主题（Subject）接口

定义：
这是真实对象和代理对象共同实现的接口，它定义了客户端可以调用的方法，确保了客户端对真实对象和代理对象的使用具有一致性。
代码示例（简单的文件读取接口）

cpp 复制代码

class FileReaderSubject {
public:
    virtual std::string readFile(const std::string& fileName) = 0;
    virtual ~FileReaderSubject() {}
};

真实主题（Real Subject）

定义：
真实主题是被代理的对象，它实现了抽象主题接口，提供了真实的功能实现。
代码示例（实际的文件读取类）

cpp 复制代码

class RealFileReader : public FileReaderSubject {
public:
    std::string readFile(const std::string& fileName) override {
        std::ifstream file(fileName);
        if (file.is_open()) {
            std::string content((std::istreambuf_iterator<char>(file)), std::istreambuf_iterator<char>());
            file.close();
            return content;
        }
        return "File not found or cannot be opened.";
    }
};

代理（Proxy）

定义：
代理类也实现了抽象主题接口，它内部包含一个指向真实主题的指针。代理类在实现接口方法时，通常会先进行一些额外的操作，然后再调用真实主题的相应方法，最后可能还会进行一些后续操作。
代码示例（文件读取代理类，带缓存功能）

cpp 复制代码

class FileReaderProxy : public FileReaderSubject {
private:
    RealFileReader* realReader;
    std::unordered_map<std::string, std::string> fileCache;

public:
    FileReaderProxy() : realReader(nullptr) {}

    std::string readFile(const std::string& fileName) override {
        if (fileCache.find(fileName)!= fileCache.end()) {
            return fileCache[fileName];
        }
        if (!realReader) {
            realReader = new RealFileReader();
        }
        std::string content = realReader->readFile(fileName);
        fileCache[fileName] = content;
        return content;
    }

    ~FileReaderProxy() {
        delete realReader;
    }
};

三、应用场景

远程代理

解释：
当客户端需要访问位于远程服务器上的对象时，可以使用远程代理。远程代理在本地代表远程对象，它负责与远程服务器进行通信，将客户端的请求发送到远程服务器，并将远程服务器的响应返回给客户端。这样，客户端就可以像访问本地对象一样访问远程对象，隐藏了远程调用的复杂性。
示例：
在分布式系统中，一个客户端想要访问远程数据库中的数据。通过创建远程数据库对象的代理，代理负责将客户端的数据查询请求发送到远程数据库服务器，接收服务器返回的数据，并将其传递给客户端。

虚拟代理

解释：
虚拟代理用于在需要时才创建和初始化被代理的对象，通常用于处理资源密集型对象。当客户端请求访问一个对象时，如果该对象尚未创建或初始化，虚拟代理会先进行一些轻量级的操作，如显示一个占位符，然后在合适的时候再创建和初始化真实对象，并将客户端的请求转发给真实对象。
示例：
在一个图像浏览系统中，当用户浏览图像列表时，图像可能是高分辨率的资源密集型对象。此时可以使用虚拟代理，在图像未完全加载之前，代理显示一个低分辨率的占位图像，当用户真正点击查看某张图像时，虚拟代理再去加载和显示高分辨率的真实图像。

保护代理

解释：
保护代理用于控制对真实对象的访问权限。它可以在客户端访问真实对象之前进行权限检查，如果客户端具有访问权限，则允许访问，否则拒绝访问。这样可以保护真实对象不被未授权的客户端访问。
示例：
在企业内部的文件管理系统中，有一些机密文件只有特定的用户角色（如管理员或具有特定权限的员工）可以访问。通过使用保护代理，在用户请求访问文件时，代理先检查用户的权限，如果权限符合要求，则调用真实的文件读取操作，否则返回访问被拒绝的提示。

四、优缺点

优点

访问控制：
可以有效地控制对真实对象的访问，通过代理对象进行权限检查等操作，保护真实对象的安全性。
增强功能：
代理对象可以在不改变真实对象的基础上，为真实对象添加额外的功能，如缓存、延迟加载、性能优化等，提高了系统的灵活性和可扩展性。
解耦：
代理模式将客户端与真实对象解耦，客户端不需要了解真实对象的具体实现细节，即使真实对象的实现发生变化，只要代理对象和真实对象之间的接口不变，客户端代码就不需要修改。

缺点

增加复杂性：
引入代理对象增加了系统的复杂性，特别是当存在多个代理类且它们的逻辑较为复杂时，代码的理解和维护成本会增加。
性能开销：
在某些情况下，代理对象的额外操作（如权限检查、缓存管理等）可能会带来一定的性能开销，尤其是在对性能要求极高的场景中，需要谨慎考虑代理模式的使用。

代理模式在很多场景下能够为系统带来诸多好处，但需要综合考虑其优缺点，根据实际需求合理使用。