设计模式：代理模式（Proxy Pattern）

TechNomad2025-09-02 15:31

文章目录

一、代理模式的定义

代理模式是一种结构型设计模式，它为某个对象提供一个代理或占位符，以控制对这个对象的访问。简单来说代理对象在客户端和目标对象之间起到中介作用，客户端并不会直接操作目标对象，而是通过代理对象间接访问。

代理模式常用于以下情况：

  1. 远程代理：为远程对象（在不同地址空间、服务器上）提供本地代理，隐藏远程访问的复杂性。
  2. 虚拟代理：在需要消耗大量资源时，先用代理延迟对象的创建或初始化。（如：大图片的延迟加载）
  3. 保护代理：控制不同用户对对象的访问权限。（如：文件系统访问控制）
  4. 智能代理：在访问对象时附加额外操作（如缓存、日志、计数、线程安全控制）。

代理模式结构：

二、实例分析

问题：

为什么要控制对于某个对象的访问呢？ 举个例子： 有这样一个消耗大量系统资源的巨型对象， 你只是偶尔需要使用它， 并非总是需要。

你可以实现延迟初始化： 在实际有需要时再创建该对象。 对象的所有客户端都要执行延迟初始代码。 不幸的是， 这很可能会带来很多重复代码。

在理想情况下， 我们希望将代码直接放入对象的类中， 但这并非总是能实现： 比如类可能是第三方封闭库的一部分。

解决方案：

代理模式建议新建一个与原服务对象接口相同的代理类， 然后更新应用以将代理对象传递给所有原始对象客户端。 代理类接收到客户端请求后会创建实际的服务对象， 并将所有工作委派给它。

这有什么好处呢？ 如果需要在类的主要业务逻辑前后执行一些工作， 你无需修改类就能完成这项工作。 由于代理实现的接口与原类相同， 因此你可将其传递给任何一个使用实际服务对象的客户端。

真实世界类比：

信用卡是银行账户的代理， 银行账户则是一大捆现金的代理。 它们都实现了同样的接口， 均可用于进行支付。 消费者会非常满意， 因为不必随身携带大量现金； 商店老板同样会十分高兴， 因为交易收入能以电子化的方式进入商店的银行账户中， 无需担心存款时出现现金丢失或被抢劫的情况。

代码实现：

  • 抽象接口：Payment，定义统一的 pay(amount) 方法。
  • 真实主题（RealSubject）：Cash，表示真正的支付方式（现金支付）
  • 代理（Proxy）：CreditCard，作为银行账户的代理，内部持有一个 BankAccount（或 Cash）对象，通过代理实现支付。
cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

// 抽象接口
class Payment {
public:
    virtual void pay(double amount) = 0;
    virtual ~Payment() = default;
};

// 真实主题：现金支付
class Cash : public Payment {
public:
    void pay(double amount) override {
        cout << "支付现金: " << amount << " 元" << endl;
    }
};

// 银行账户（被代理对象）
class BankAccount {
public:
    void withdraw(double amount) {
        cout << "从银行账户扣款: " << amount << " 元" << endl;
    }
};

// 代理：信用卡支付
class CreditCard : public Payment {
private:
    BankAccount* account; // 代理对象内部持有真实对象
public:
    CreditCard(BankAccount* acc) : account(acc) {}

    void pay(double amount) override {
        cout << "使用信用卡支付: " << amount << " 元" << endl;
        account->withdraw(amount); // 实际通过银行账户扣款
    }
};

// 客户端
int main() {
    // 使用现金支付
    unique_ptr<Payment> cashPayment = make_unique<Cash>();
    cashPayment->pay(100);

    // 使用信用卡支付（代理）
    BankAccount bankAcc;
    unique_ptr<Payment> creditPayment = make_unique<CreditCard>(&bankAcc);
    creditPayment->pay(200);

    return 0;
}

三、示例代码

示例一：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

// 抽象主题
class Subject {
public:
    virtual void request() = 0;
    virtual ~Subject() = default;
};

// 真实主题
class RealSubject : public Subject {
public:
    void request() override {
        cout << "RealSubject: Handling request." << endl;
    }
};

// 代理类
class Proxy : public Subject {
private:
    unique_ptr<RealSubject> realSubject;
public:
    void request() override {
        if (!realSubject) {
            cout << "Proxy: Creating RealSubject." << endl;
            realSubject = make_unique<RealSubject>();
        }
        cout << "Proxy: Delegating request to RealSubject." << endl;
        realSubject->request();
    }
};

// 客户端
int main() {
    Proxy proxy;
    proxy.request(); // 第一次访问，创建真实对象
    proxy.request(); // 第二次访问，直接使用已有对象
    return 0;
}

示例二：

数据库模块（QSqlQuery）+ 缓存代理的实际应用示例

设计思路：

  • 接口类 IDatabase：定义通用的查询接口
  • 真实类 RealDatabase：直接使用 QSqlDatabase + QSqlQuery 访问数据库。
  • 代理类 DatabaseProxy：在真实查询前先检查缓存，缓存命中就直接返回结果，避免重复访问数据库。
cpp 复制代码 
#include <QCoreApplication>
#include <QtSql/QSqlDatabase>
#include <QtSql/QSqlQuery>
#include <QtSql/QSqlError>
#include <QDebug>
#include <QVariant>
#include <QMap>
#include <QStringList>

// 抽象接口
class IDatabase {
public:
    virtual QStringList query(const QString& sql) = 0;
    virtual ~IDatabase() = default;
};

// 真实数据库类
class RealDatabase : public IDatabase {
private:
    QSqlDatabase db;
public:
    RealDatabase() {
        // 连接 SQLite 数据库
        db = QSqlDatabase::addDatabase("QSQLITE");
        db.setDatabaseName(":memory:"); // 内存数据库，演示用
        if (!db.open()) {
            qWarning() << "Database error:" << db.lastError().text();
        }

        // 初始化数据
        QSqlQuery q;
        q.exec("CREATE TABLE users (id INT, name TEXT)");
        q.exec("INSERT INTO users VALUES (1, 'Alice')");
        q.exec("INSERT INTO users VALUES (2, 'Bob')");
    }

    QStringList query(const QString& sql) override {
        QSqlQuery q;
        QStringList result;

        if (!q.exec(sql)) {
            qWarning() << "SQL error:" << q.lastError().text();
            return result;
        }

        while (q.next()) {
            result << q.value(0).toString(); // 只取第一列
        }

        qDebug() << "[RealDatabase] Executing:" << sql;
        return result;
    }
};

// 代理类，带缓存
class DatabaseProxy : public IDatabase {
private:
    RealDatabase* realDb;
    QMap<QString, QStringList> cache; // SQL -> 查询结果
public:
    DatabaseProxy() : realDb(nullptr) {}

    QStringList query(const QString& sql) override {
        // 缓存检查
        if (cache.contains(sql)) {
            qDebug() << "[Proxy] Cache hit for:" << sql;
            return cache[sql];
        }

        // 创建真实对象
        if (!realDb) {
            realDb = new RealDatabase();
        }

        qDebug() << "[Proxy] Cache miss, querying DB:" << sql;
        QStringList result = realDb->query(sql);

        // 存入缓存
        cache[sql] = result;
        return result;
    }

    ~DatabaseProxy() {
        delete realDb;
    }
};

// 测试
int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    IDatabase* db = new DatabaseProxy();

    qDebug() << db->query("SELECT name FROM users WHERE id=1");
    qDebug() << db->query("SELECT name FROM users WHERE id=2");
    qDebug() << db->query("SELECT name FROM users WHERE id=1"); // 命中缓存

    delete db;
    return 0;
}
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