C++实现设计模式---代理模式 (Proxy)

代理模式 (Proxy)

代理模式 是一种结构型设计模式，它为其他对象提供一个代理以控制对该对象的访问。代理模式常用于延迟加载、访问控制、智能引用等场景。

意图

提供对某对象的控制。
控制对目标对象的访问，通常用于在不改变目标对象的情况下，附加额外的功能。
常见于延迟加载、权限控制等场景。

使用场景

远程代理
- 当对象存在于不同的地址空间时，代理模式提供了对远程对象的访问。
虚拟代理
- 延迟对象的创建，只有在需要时才创建对象，避免不必要的资源消耗。
保护代理
- 控制对某个对象的访问权限。代理对象负责控制访问。
智能代理
- 对对象访问进行计数、缓存等操作。例如，记录访问次数、管理缓存等。

参与者角色

主题接口 (Subject)
- 定义了目标对象和代理类的公共接口。
真实主题 (RealSubject)
- 实现了 Subject 接口的目标对象，包含实际业务逻辑。
代理 (Proxy)
- 代理类，持有真实主题对象的引用，代理请求到真实主题对象，附加控制逻辑。

示例代码

以下代码展示了如何使用代理模式控制对一个图片加载的访问。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>

// 主题接口
class Image {
public:
    virtual ~Image() = default;
    virtual void display() = 0; // 移除 const
};

// 真实主题：加载并显示图片
class RealImage : public Image {
private:
    std::string filename;

public:
    RealImage(const std::string& file) : filename(file) {
        loadImage();
    }

    void loadImage() const {
        std::cout << "Loading image: " << filename << std::endl;
    }

    void display() override {
        std::cout << "Displaying image: " << filename << std::endl;
    }
};

// 代理类：代理真实图片加载和显示
class ProxyImage : public Image {
private:
    RealImage* realImage;
    std::string filename;

public:
    ProxyImage(const std::string& file) : filename(file), realImage(nullptr) {}

    void display() override {
        if (!realImage) {
            realImage = new RealImage(filename);  // 延迟加载真实图像
        }
        realImage->display();
    }

    ~ProxyImage() {
        delete realImage;
    }
};

// 客户端代码
int main() {
    Image* image1 = new ProxyImage("image1.jpg");
    Image* image2 = new ProxyImage("image2.jpg");

    // 第一次访问时加载并显示图片
    image1->display();
    image2->display();

    // 直接显示图片，不会重新加载
    image1->display();

    delete image1;
    delete image2;

    return 0;
}

代码解析

1. 主题接口

Image 类定义了目标对象和代理类的公共接口。
所有的图片类都需要实现 display 方法。

cpp 复制代码

class Image {
public:
    virtual ~Image() = default;
    virtual void display() = 0;
};

2. 真实主题

RealImage 类是实际的图片对象，提供了加载和显示图片的功能。
loadImage 在构造函数中被调用，用于模拟加载图片。

cpp 复制代码

class RealImage : public Image {
private:
    std::string filename;

public:
    RealImage(const std::string& file) : filename(file) {
        loadImage();
    }

    void loadImage() const {
        std::cout << "Loading image: " << filename << std::endl;
    }

    void display() override {
        std::cout << "Displaying image: " << filename << std::endl;
    }
};

3. 代理类

ProxyImage 类是一个代理类，它控制对 RealImage 的访问。
在 display 方法中，它会先检查 realImage 是否已被创建。如果尚未创建，则延迟加载它。

cpp 复制代码

class ProxyImage : public Image {
private:
    RealImage* realImage;
    std::string filename;

public:
    ProxyImage(const std::string& file) : filename(file), realImage(nullptr) {}

    void display() override {
        if (!realImage) {
            realImage = new RealImage(filename);  // 延迟加载真实图像
        }
        realImage->display();
    }

    ~ProxyImage() {
        delete realImage;
    }
};

4. 客户端

客户端使用代理类，而不是直接使用真实主题类。
ProxyImage 控制了对 RealImage 的访问，并在必要时创建它。

cpp 复制代码

int main() {
    Image* image1 = new ProxyImage("image1.jpg");
    Image* image2 = new ProxyImage("image2.jpg");

    image1->display(); // 加载并显示
    image2->display(); // 加载并显示

    image1->display(); // 直接显示
    delete image1;
    delete image2;
}

优缺点

优点

延迟初始化：
- 代理模式可以在需要时才创建和初始化对象，避免不必要的资源消耗。
控制访问权限：
- 代理对象可以控制对真实对象的访问，如权限控制、延迟加载等。
增加功能而不改变目标对象：
- 通过代理，可以为目标对象添加附加功能，而无需修改目标对象。

缺点

增加系统复杂度：
- 代理模式增加了对象间的间接性，可能导致系统变得复杂。
性能开销：
- 使用代理时，可能会有额外的性能开销，特别是在频繁调用代理方法时。

适用场景

远程代理：
- 访问远程对象时，代理对象可以替代真实对象，并处理通信。
虚拟代理：
- 延迟对象的加载，当需要时才创建对象，避免不必要的资源消耗。
保护代理：
- 控制对真实对象的访问权限，确保只有符合条件的用户才能访问。

总结

代理模式通过提供一个替代的对象来控制对真实对象的访问。它广泛用于延迟加载、权限控制、远程调用等场景，能够有效提高系统的灵活性和可扩展性。