设计模式(C++)详解——策略模式(1)

青草地溪水旁2025-10-05 20:03

1. 背景与核心概念

1.1 设计模式的起源与发展

策略模式作为经典的23种GoF设计模式之一，诞生于1994年的经典著作《设计模式：可复用面向对象软件的基础》。这本书由四位作者（Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson、John Vlissides）共同完成，被业界亲切地称为"四人帮"（Gang of Four）。

发展历程：

  • 1994年：GoF首次系统化提出策略模式
  • 2000年代：随着C++标准模板库（STL）的普及，函数对象成为实现策略模式的主流方式
  • 2011年：C++11引入std::function和lambda表达式，为策略模式提供了更灵活的实现手段
  • 至今：策略模式已成为现代C++开发中的基础设计模式

1.2 核心概念解析

策略模式的核心思想：将算法与使用算法的客户端解耦，让算法可以独立于客户端而变化。

关键术语：

  • 策略接口(Strategy Interface)：定义所有支持算法的公共接口
  • 具体策略(Concrete Strategy)：实现策略接口的具体算法类
  • 上下文(Context)：持有一个策略对象的引用，通过策略接口与具体策略交互

1.3 UML类图展示

让我们通过Mermaid UML类图来直观理解策略模式的结构：
Context -strategy: Strategy* +setStrategy(Strategy*) +executeStrategy() : void <<interface>> Strategy +execute() : void ConcreteStrategyA +execute() : void ConcreteStrategyB +execute() : void ConcreteStrategyC +execute() : void

2. 设计意图与考量

2.1 核心设计目标

策略模式主要解决以下问题：

  • 消除条件语句：避免在代码中使用大量的if-else或switch-case语句
  • 开闭原则：对扩展开放，对修改封闭，新增算法无需修改现有代码
  • 算法复用：相同的算法可以在不同的环境中重用

2.2 设计权衡因素

优势：

  • 符合单一职责原则：每个算法都有自己的类
  • 符合开闭原则：无需修改上下文即可引入新策略
  • 算法可以自由替换
  • 易于单元测试

劣势：

  • 客户端必须了解不同策略的区别
  • 增加了对象数量
  • 策略对象间的通信可能变得复杂

2.3 C++中的特殊实现考量

在C++中，策略模式有几种典型的实现方式：

cpp 复制代码 
// 方式1：传统面向对象（基于继承）
class SortStrategy {
public:
    virtual ~SortStrategy() = default;
    virtual void sort(std::vector<int>& data) = 0;
};

// 方式2：基于函数对象（Functor）
struct QuickSort {
    void operator()(std::vector<int>& data) const {
        // 快速排序实现
    }
};

// 方式3：基于std::function（最灵活）
using SortStrategy = std::function<void(std::vector<int>&)>;

3. 实例与应用场景

3.1 案例一：排序算法策略

这是一个经典的策略模式应用场景，展示如何在不同排序算法间动态切换。

完整代码实现

SortStrategy.h

cpp 复制代码 
/**
 * @file SortStrategy.h
 * @brief 排序策略接口定义
 */

#ifndef SORT_STRATEGY_H
#define SORT_STRATEGY_H

#include <vector>
#include <functional>
#include <memory>

/**
 * @brief 排序策略接口类
 * 
 * 定义所有排序算法必须实现的接口，使用现代C++的std::function
 * 提供更大的灵活性，支持函数对象、lambda表达式等
 */
class SortStrategy {
public:
    virtual ~SortStrategy() = default;
    
    /**
     * @brief 执行排序操作
     * 
     * 对输入的整数向量进行原地排序
     * 
     * @inout：
     *   - data: 待排序的整数向量，排序后内容会被修改
     * 
     * @return：
     *   无返回值，排序结果直接反映在输入参数中
     */
    virtual void sort(std::vector<int>& data) = 0;
};

/**
 * @brief 快速排序策略
 * 
 * 实现快速排序算法，平均时间复杂度O(n log n)
 * 使用分治策略，适合大规模数据排序
 */
class QuickSortStrategy : public SortStrategy {
public:
    void sort(std::vector<int>& data) override;
    
private:
    void quickSort(std::vector<int>& data, int low, int high);
    int partition(std::vector<int>& data, int low, int high);
};

/**
 * @brief 冒泡排序策略  
 * 
 * 实现冒泡排序算法，时间复杂度O(n²)
 * 实现简单，适合小规模数据或教育用途
 */
class BubbleSortStrategy : public SortStrategy {
public:
    void sort(std::vector<int>& data) override;
};

/**
 * @brief 归并排序策略
 * 
 * 实现归并排序算法，时间复杂度O(n log n)
 * 稳定排序算法，适合链表排序或外部排序
 */
class MergeSortStrategy : public SortStrategy {
public:
    void sort(std::vector<int>& data) override;
    
private:
    void mergeSort(std::vector<int>& data, int left, int right);
    void merge(std::vector<int>& data, int left, int mid, int right);
};

/**
 * @brief 排序上下文类
 * 
 * 负责维护排序策略的引用，客户端通过此类与策略交互
 * 支持运行时动态切换排序策略
 */
class SorterContext {
public:
    /**
     * @brief 设置排序策略
     * 
     * 在运行时动态设置要使用的排序算法
     * 
     * @in：
     *   - strategy: 排序策略的unique_ptr，所有权转移给上下文
     * 
     * @out：
     *   - m_strategy: 更新内部保存的排序策略
     * 
     * @return：
     *   无返回值
     */
    void setStrategy(std::unique_ptr<SortStrategy> strategy);
    
    /**
     * @brief 执行排序
     * 
     * 使用当前设置的策略对数据进行排序
     * 
     * @inout：
     *   - data: 待排序数据，排序后会被修改
     * 
     * @return：
     *   无返回值
     */
    void executeSort(std::vector<int>& data);
    
    /**
     * @brief 获取当前策略名称
     * 
     * 用于调试和显示当前使用的排序策略
     * 
     * @return：
     *   返回当前策略的类型名称字符串
     */
    std::string getStrategyName() const;

private:
    std::unique_ptr<SortStrategy> m_strategy;  ///< 当前使用的排序策略
};

#endif // SORT_STRATEGY_H

SortStrategy.cpp

cpp 复制代码 
/**
 * @file SortStrategy.cpp
 * @brief 排序策略具体实现
 */

#include "SortStrategy.h"
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <string>
#include <typeinfo>

// 快速排序策略实现
void QuickSortStrategy::sort(std::vector<int>& data) {
    if (data.empty()) return;
    quickSort(data, 0, data.size() - 1);
}

void QuickSortStrategy::quickSort(std::vector<int>& data, int low, int high) {
    if (low < high) {
        int pivot = partition(data, low, high);
        quickSort(data, low, pivot - 1);
        quickSort(data, pivot + 1, high);
    }
}

int QuickSortStrategy::partition(std::vector<int>& data, int low, int high) {
    int pivot = data[high];
    int i = low - 1;
    
    for (int j = low; j < high; j++) {
        if (data[j] <= pivot) {
            i++;
            std::swap(data[i], data[j]);
        }
    }
    std::swap(data[i + 1], data[high]);
    return i + 1;
}

// 冒泡排序策略实现
void BubbleSortStrategy::sort(std::vector<int>& data) {
    int n = data.size();
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
            if (data[j] > data[j + 1]) {
                std::swap(data[j], data[j + 1]);
            }
        }
    }
}

// 归并排序策略实现
void MergeSortStrategy::sort(std::vector<int>& data) {
    if (data.empty()) return;
    mergeSort(data, 0, data.size() - 1);
}

void MergeSortStrategy::mergeSort(std::vector<int>& data, int left, int right) {
    if (left >= right) return;
    
    int mid = left + (right - left) / 2;
    mergeSort(data, left, mid);
    mergeSort(data, mid + 1, right);
    merge(data, left, mid, right);
}

void MergeSortStrategy::merge(std::vector<int>& data, int left, int mid, int right) {
    std::vector<int> leftArr(data.begin() + left, data.begin() + mid + 1);
    std::vector<int> rightArr(data.begin() + mid + 1, data.begin() + right + 1);
    
    int i = 0, j = 0, k = left;
    
    while (i < leftArr.size() && j < rightArr.size()) {
        if (leftArr[i] <= rightArr[j]) {
            data[k] = leftArr[i];
            i++;
        } else {
            data[k] = rightArr[j];
            j++;
        }
        k++;
    }
    
    while (i < leftArr.size()) {
        data[k] = leftArr[i];
        i++;
        k++;
    }
    
    while (j < rightArr.size()) {
        data[k] = rightArr[j];
        j++;
        k++;
    }
}

// 排序上下文实现
void SorterContext::setStrategy(std::unique_ptr<SortStrategy> strategy) {
    m_strategy = std::move(strategy);
}

void SorterContext::executeSort(std::vector<int>& data) {
    if (m_strategy) {
        m_strategy->sort(data);
    } else {
        std::cerr << "错误：未设置排序策略！" << std::endl;
    }
}

std::string SorterContext::getStrategyName() const {
    if (!m_strategy) return "无策略";
    
    // 使用typeid获取具体类型名称
    std::string name = typeid(*m_strategy).name();
    
    // 清理name（不同编译器返回格式不同）
    if (name.find("QuickSortStrategy") != std::string::npos) {
        return "快速排序";
    } else if (name.find("BubbleSortStrategy") != std::string::npos) {
        return "冒泡排序";
    } else if (name.find("MergeSortStrategy") != std::string::npos) {
        return "归并排序";
    }
    
    return "未知策略";
}

main.cpp

cpp 复制代码 
/**
 * @file main.cpp
 * @brief 排序策略模式演示程序
 * 
 * 展示策略模式在排序算法选择中的应用，支持运行时动态切换排序策略
 */

#include "SortStrategy.h"
#include <iostream>
#include <vector>
#include <random>
#include <memory>

/**
 * @brief 生成随机测试数据
 * 
 * 生成指定大小的随机整数向量，用于测试排序算法
 * 
 * @in：
 *   - size: 向量大小
 *   - minVal: 最小值（包含）
 *   - maxVal: 最大值（包含）
 * 
 * @return：
 *   返回包含随机整数的vector
 */
std::vector<int> generateTestData(int size, int minVal = 1, int maxVal = 1000) {
    std::vector<int> data;
    data.reserve(size);
    
    std::random_device rd;
    std::mt19937 gen(rd());
    std::uniform_int_distribution<int> dis(minVal, maxVal);
    
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        data.push_back(dis(gen));
    }
    
    return data;
}

/**
 * @brief 打印向量内容
 * 
 * 以可读格式输出向量内容，支持限制输出元素数量
 * 
 * @in：
 *   - data: 要打印的向量
 *   - maxElements: 最大输出元素数（0表示全部输出）
 * 
 * @return：
 *   无返回值
 */
void printVector(const std::vector<int>& data, int maxElements = 10) {
    std::cout << "[";
    int count = 0;
    for (int value : data) {
        if (maxElements > 0 && count >= maxElements) {
            std::cout << "...";
            break;
        }
        std::cout << value;
        if (count < static_cast<int>(data.size()) - 1 && 
            (maxElements == 0 || count < maxElements - 1)) {
            std::cout << ", ";
        }
        count++;
    }
    std::cout << "]" << std::endl;
}

/**
 * @brief 测试排序策略性能
 * 
 * 对指定排序策略进行性能测试，测量排序执行时间
 * 
 * @in：
 *   - context: 排序上下文
 *   - testData: 测试数据
 *   - strategyName: 策略名称（用于输出）
 * 
 * @return：
 *   无返回值
 */
void testSortPerformance(SorterContext& context, std::vector<int> testData, 
                        const std::string& strategyName) {
    std::cout << "\n=== 测试 " << strategyName << " ===" << std::endl;
    std::cout << "排序前数据（前10个）: ";
    printVector(testData, 10);
    
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    context.executeSort(testData);
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    
    std::cout << "排序后数据（前10个）: ";
    printVector(testData, 10);
    
    auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start);
    std::cout << "排序耗时: " << duration.count() << " 微秒" << std::endl;
    
    // 验证排序结果
    bool isSorted = std::is_sorted(testData.begin(), testData.end());
    std::cout << "排序验证: " << (isSorted ? "✓ 成功" : "✗ 失败") << std::endl;
}

int main() {
    std::cout << "======= 排序策略模式演示 =======" << std::endl;
    
    // 生成测试数据
    const int DATA_SIZE = 1000;
    auto testData = generateTestData(DATA_SIZE);
    std::cout << "生成测试数据大小: " << DATA_SIZE << std::endl;
    
    SorterContext sorter;
    
    // 测试快速排序
    sorter.setStrategy(std::make_unique<QuickSortStrategy>());
    testSortPerformance(sorter, testData, sorter.getStrategyName());
    
    // 测试冒泡排序
    sorter.setStrategy(std::make_unique<BubbleSortStrategy>());
    testSortPerformance(sorter, testData, sorter.getStrategyName());
    
    // 测试归并排序
    sorter.setStrategy(std::make_unique<MergeSortStrategy>());
    testSortPerformance(sorter, testData, sorter.getStrategyName());
    
    std::cout << "\n======= 演示结束 =======" << std::endl;
    return 0;
}
核心逻辑流程图

开始 生成测试数据 创建排序上下文 设置快速排序策略 执行快速排序测试 设置冒泡排序策略 执行冒泡排序测试 设置归并排序策略 执行归并排序测试 输出性能对比结果 结束 记录开始时间 执行排序算法 记录结束时间 计算耗时 验证排序结果

Makefile
makefile 复制代码 
# 编译器设置
CXX := g++
CXXFLAGS := -std=c++17 -Wall -Wextra -O2 -g
TARGET := sort_strategy_demo

# 源文件和目标文件
SRCS := main.cpp SortStrategy.cpp
OBJS := $(SRCS:.cpp=.o)
HEADERS := SortStrategy.h

# 默认目标
$(TARGET): $(OBJS)
	$(CXX) $(CXXFLAGS) -o $(TARGET) $(OBJS)

# 编译规则
%.o: %.cpp $(HEADERS)
	$(CXX) $(CXXFLAGS) -c $< -o $@

# 清理规则
clean:
	rm -f $(OBJS) $(TARGET)

# 安装依赖（如果需要）
install-deps:
	@echo "确保已安装g++ (版本 >= 7.0) 和 make"

# 运行测试
test: $(TARGET)
	./$(TARGET)

# 显示帮助信息
help:
	@echo "可用目标:"
	@echo "  make          编译程序"
	@echo "  make clean    清理编译结果"
	@echo "  make test     编译并运行程序"
	@echo "  make help     显示此帮助信息"

.PHONY: clean install-deps test help
操作说明

编译方法：

bash 复制代码 
# 确保系统已安装g++编译器（版本7.0或以上）
make clean && make

运行方式：

bash 复制代码 
./sort_strategy_demo

预期输出：

复制代码 
======= 排序策略模式演示 =======
生成测试数据大小: 1000

=== 测试 快速排序 ===
排序前数据（前10个）: [542, 123, 876, 234, 765, 432, ...]
排序后数据（前10个）: [1, 2, 3, 4, 5, 6, ...]
排序耗时: 1564 微秒
排序验证: ✓ 成功

=== 测试 冒泡排序 ===
排序前数据（前10个）: [542, 123, 876, 234, 765, 432, ...]
排序后数据（前10个）: [1, 2, 3, 4, 5, 6, ...]
排序耗时: 89234 微秒
排序验证: ✓ 成功

=== 测试 归并排序 ===
排序前数据（前10个）: [542, 123, 876, 234, 765, 432, ...]
排序后数据（前10个）: [1, 2, 3, 4, 5, 6, ...]
排序耗时: 1876 微秒
排序验证: ✓ 成功

======= 演示结束 =======

结果解读：

  • 正常输出：显示三种排序算法的执行时间和排序结果验证
  • 性能对比：快速排序和归并排序通常比冒泡排序快很多
  • 异常提示：如果未设置策略会显示"错误：未设置排序策略！"

3.2 案例二：支付系统策略

这个案例展示在电商系统中如何灵活切换不同的支付方式。

完整代码实现

PaymentStrategy.h

cpp 复制代码 
/**
 * @file PaymentStrategy.h
 * @brief 支付策略接口定义
 */

#ifndef PAYMENT_STRATEGY_H
#define PAYMENT_STRATEGY_H

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>

/**
 * @brief 支付请求结构体
 * 
 * 包含支付所需的所有信息，传递给支付策略执行
 */
struct PaymentRequest {
    std::string orderId;      ///< 订单ID
    double amount;           ///< 支付金额
    std::string currency;    ///< 货币类型
    std::string customerId;  ///< 客户ID
    
    PaymentRequest(const std::string& order, double amt, 
                  const std::string& curr = "CNY", 
                  const std::string& customer = "")
        : orderId(order), amount(amt), currency(curr), customerId(customer) {}
};

/**
 * @brief 支付结果结构体
 * 
 * 包含支付执行的结果信息
 */
struct PaymentResult {
    bool success;           ///< 支付是否成功
    std::string transactionId; ///< 交易ID
    std::string message;    ///< 结果消息
    
    PaymentResult(bool succ = false, 
                 const std::string& transId = "", 
                 const std::string& msg = "")
        : success(succ), transactionId(transId), message(msg) {}
};

/**
 * @brief 支付策略接口
 * 
 * 定义所有支付方式必须实现的接口
 */
class PaymentStrategy {
public:
    virtual ~PaymentStrategy() = default;
    
    /**
     * @brief 执行支付
     * 
     * 根据支付请求执行具体的支付操作
     * 
     * @in：
     *   - request: 支付请求信息
     * 
     * @return：
     *   返回支付结果，包含成功状态和交易信息
     */
    virtual PaymentResult pay(const PaymentRequest& request) = 0;
    
    /**
     * @brief 获取支付方式名称
     * 
     * @return：
     *   返回支付方式的显示名称
     */
    virtual std::string getName() const = 0;
};

/**
 * @brief 支付宝支付策略
 */
class AlipayStrategy : public PaymentStrategy {
public:
    PaymentResult pay(const PaymentRequest& request) override;
    std::string getName() const override { return "支付宝"; }
};

/**
 * @brief 微信支付策略
 */
class WechatPayStrategy : public PaymentStrategy {
public:
    PaymentResult pay(const PaymentRequest& request) override;
    std::string getName() const override { return "微信支付"; }
};

/**
 * @brief 信用卡支付策略
 */
class CreditCardStrategy : public PaymentStrategy {
public:
    PaymentResult pay(const PaymentRequest& request) override;
    std::string getName() const override { return "信用卡"; }
    
private:
    std::string simulateBankProcessing(const PaymentRequest& request);
};

/**
 * @brief 支付上下文类
 * 
 * 管理支付策略，提供统一的支付接口
 */
class PaymentContext {
public:
    /**
     * @brief 设置支付策略
     */
    void setStrategy(std::unique_ptr<PaymentStrategy> strategy);
    
    /**
     * @brief 执行支付操作
     * 
     * @in：
     *   - request: 支付请求
     * 
     * @return：
     *   返回支付结果
     */
    PaymentResult executePayment(const PaymentRequest& request);
    
    /**
     * @brief 获取当前支付方式名称
     */
    std::string getCurrentMethod() const;

private:
    std::unique_ptr<PaymentStrategy> m_strategy;
};

#endif // PAYMENT_STRATEGY_H

PaymentStrategy.cpp

cpp 复制代码 
/**
 * @file PaymentStrategy.cpp
 * @brief 支付策略具体实现
 */

#include "PaymentStrategy.h"
#include <random>
#include <sstream>

// 支付宝支付实现
PaymentResult AlipayStrategy::pay(const PaymentRequest& request) {
    std::cout << "🔵 支付宝支付处理中..." << std::endl;
    std::cout << "   订单: " << request.orderId << std::endl;
    std::cout << "   金额: " << request.amount << " " << request.currency << std::endl;
    
    // 模拟支付处理
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));
    
    // 生成模拟交易ID
    std::stringstream ss;
    ss << "ALIPAY_" << request.orderId << "_" << std::time(nullptr);
    
    // 模拟90%的成功率
    std::random_device rd;
    std::mt19937 gen(rd());
    std::uniform_real_distribution<double> dis(0.0, 1.0);
    
    bool success = dis(gen) > 0.1; // 90%成功率
    
    if (success) {
        return PaymentResult(true, ss.str(), "支付宝支付成功");
    } else {
        return PaymentResult(false, "", "支付宝支付失败：余额不足");
    }
}

// 微信支付实现
PaymentResult WechatPayStrategy::pay(const PaymentRequest& request) {
    std::cout << "🟢 微信支付处理中..." << std::endl;
    std::cout << "   订单: " << request.orderId << std::endl;
    std::cout << "   金额: " << request.amount << " " << request.currency << std::endl;
    
    // 模拟支付处理
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(400));
    
    // 生成模拟交易ID
    std::stringstream ss;
    ss << "WECHAT_" << request.orderId << "_" << std::time(nullptr);
    
    // 模拟95%的成功率
    std::random_device rd;
    std::mt19937 gen(rd());
    std::uniform_real_distribution<double> dis(0.0, 1.0);
    
    bool success = dis(gen) > 0.05; // 95%成功率
    
    if (success) {
        return PaymentResult(true, ss.str(), "微信支付成功");
    } else {
        return PaymentResult(false, "", "微信支付失败：网络异常");
    }
}

// 信用卡支付实现
PaymentResult CreditCardStrategy::pay(const PaymentRequest& request) {
    std::cout << "🟣 信用卡支付处理中..." << std::endl;
    std::cout << "   订单: " << request.orderId << std::endl;
    std::cout << "   金额: " << request.amount << " " << request.currency << std::endl;
    
    // 模拟银行处理
    std::string bankResponse = simulateBankProcessing(request);
    
    if (bankResponse == "APPROVED") {
        std::stringstream ss;
        ss << "CC_" << request.orderId << "_" << std::time(nullptr);
        return PaymentResult(true, ss.str(), "信用卡支付成功");
    } else {
        return PaymentResult(false, "", "信用卡支付失败：" + bankResponse);
    }
}

std::string CreditCardStrategy::simulateBankProcessing(const PaymentRequest& request) {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(800));
    
    std::random_device rd;
    std::mt19937 gen(rd());
    std::uniform_real_distribution<double> dis(0.0, 1.0);
    
    double randomValue = dis(gen);
    
    if (randomValue > 0.15) { // 85%批准率
        return "APPROVED";
    } else if (randomValue > 0.05) { // 10%拒绝率
        return "DECLINED";
    } else { // 5%系统错误
        return "SYSTEM_ERROR";
    }
}

// 支付上下文实现
void PaymentContext::setStrategy(std::unique_ptr<PaymentStrategy> strategy) {
    m_strategy = std::move(strategy);
}

PaymentResult PaymentContext::executePayment(const PaymentRequest& request) {
    if (!m_strategy) {
        return PaymentResult(false, "", "未设置支付策略");
    }
    
    std::cout << "\n💳 开始支付流程..." << std::endl;
    std::cout << "支付方式: " << m_strategy->getName() << std::endl;
    
    auto result = m_strategy->pay(request);
    
    std::cout << "支付结果: " << (result.success ? "✅ 成功" : "❌ 失败") << std::endl;
    if (!result.message.empty()) {
        std::cout << "结果信息: " << result.message << std::endl;
    }
    if (result.success && !result.transactionId.empty()) {
        std::cout << "交易ID: " << result.transactionId << std::endl;
    }
    
    return result;
}

std::string PaymentContext::getCurrentMethod() const {
    return m_strategy ? m_strategy->getName() : "未设置";
}

payment_demo.cpp

cpp 复制代码 
/**
 * @file payment_demo.cpp
 * @brief 支付策略演示程序
 */

#include "PaymentStrategy.h"
#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>

/**
 * @brief 模拟电商支付流程
 */
void simulateEcommercePayment() {
    std::cout << "🛒 === 电商支付系统演示 ===" << std::endl;
    
    PaymentContext paymentContext;
    PaymentRequest request("ORDER_2024_001", 299.99, "CNY", "CUST_1001");
    
    // 测试支付宝支付
    std::cout << "\n📱 场景1: 客户选择支付宝支付" << std::endl;
    paymentContext.setStrategy(std::make_unique<AlipayStrategy>());
    paymentContext.executePayment(request);
    
    // 测试微信支付
    std::cout << "\n📱 场景2: 客户选择微信支付" << std::endl;
    paymentContext.setStrategy(std::make_unique<WechatPayStrategy>());
    paymentContext.executePayment(request);
    
    // 测试信用卡支付
    std::cout << "\n💳 场景3: 客户选择信用卡支付" << std::endl;
    paymentContext.setStrategy(std::make_unique<CreditCardStrategy>());
    paymentContext.executePayment(request);
}

/**
 * @brief 模拟支付策略动态切换
 */
void demonstrateDynamicSwitching() {
    std::cout << "\n🔄 === 动态策略切换演示 ===" << std::endl;
    
    PaymentContext context;
    std::vector<PaymentRequest> orders = {
        {"ORDER_2024_002", 150.50, "CNY", "CUST_1002"},
        {"ORDER_2024_003", 89.99, "CNY", "CUST_1003"},
        {"ORDER_2024_004", 450.00, "CNY", "CUST_1004"}
    };
    
    std::vector<std::unique_ptr<PaymentStrategy>> strategies;
    strategies.push_back(std::make_unique<AlipayStrategy>());
    strategies.push_back(std::make_unique<WechatPayStrategy>());
    strategies.push_back(std::make_unique<CreditCardStrategy>());
    
    for (size_t i = 0; i < orders.size(); ++i) {
        std::cout << "\n--- 处理订单 " << (i + 1) << " ---" << std::endl;
        context.setStrategy(std::move(strategies[i]));
        context.executePayment(orders[i]);
        
        // 重新创建策略对象以便下次使用
        if (i == 0) strategies[i] = std::make_unique<AlipayStrategy>();
        else if (i == 1) strategies[i] = std::make_unique<WechatPayStrategy>();
        else strategies[i] = std::make_unique<CreditCardStrategy>();
    }
}

/**
 * @brief 统计支付成功率
 */
void analyzePaymentSuccessRate() {
    std::cout << "\n📊 === 支付成功率分析 ===" << std::endl;
    
    const int TEST_COUNT = 100;
    std::vector<std::unique_ptr<PaymentStrategy>> strategies;
    strategies.push_back(std::make_unique<AlipayStrategy>());
    strategies.push_back(std::make_unique<WechatPayStrategy>());
    strategies.push_back(std::make_unique<CreditCardStrategy>());
    
    std::vector<std::string> strategyNames = {"支付宝", "微信支付", "信用卡"};
    
    PaymentRequest testRequest("TEST_ORDER", 100.0);
    
    for (size_t i = 0; i < strategies.size(); ++i) {
        int successCount = 0;
        
        std::cout << "\n测试 " << strategyNames[i] << " (" << TEST_COUNT << "次):" << std::endl;
        
        for (int j = 0; j < TEST_COUNT; ++j) {
            auto result = strategies[i]->pay(testRequest);
            if (result.success) {
                successCount++;
            }
        }
        
        double successRate = (static_cast<double>(successCount) / TEST_COUNT) * 100;
        std::cout << "成功次数: " << successCount << "/" << TEST_COUNT << std::endl;
        std::cout << "成功率: " << successRate << "%" << std::endl;
    }
}

int main() {
    std::cout << "💰 支付策略模式演示程序" << std::endl;
    std::cout << "=======================" << std::endl;
    
    simulateEcommercePayment();
    demonstrateDynamicSwitching();
    analyzePaymentSuccessRate();
    
    std::cout << "\n🎉 演示程序结束" << std::endl;
    return 0;
}
支付流程时序图

客户端 PaymentContext PaymentStrategy 外部系统 setStrategy(支付策略) executePayment(支付请求) pay(支付请求) 策略特定处理 调用支付网关API 返回支付结果 返回PaymentResult 返回支付结果 根据结果更新UI 客户端 PaymentContext PaymentStrategy 外部系统

Makefile补充

在之前的Makefile基础上添加支付演示目标：

makefile 复制代码 
# 支付演示程序
PAYMENT_TARGET := payment_demo
PAYMENT_SRCS := payment_demo.cpp PaymentStrategy.cpp
PAYMENT_OBJS := $(PAYMENT_SRCS:.cpp=.o)

$(PAYMENT_TARGET): $(PAYMENT_OBJS)
	$(CXX) $(CXXFLAGS) -o $(PAYMENT_TARGET) $(PAYMENT_OBJS) -lpthread

payment_demo.o: payment_demo.cpp PaymentStrategy.h
	$(CXX) $(CXXFLAGS) -c payment_demo.cpp -o payment_demo.o

PaymentStrategy.o: PaymentStrategy.cpp PaymentStrategy.h
	$(CXX) $(CXXFLAGS) -c PaymentStrategy.cpp -o PaymentStrategy.o

# 更新clean规则
clean:
	rm -f $(OBJS) $(TARGET) $(PAYMENT_OBJS) $(PAYMENT_TARGET)

# 支付测试
test-payment: $(PAYMENT_TARGET)
	./$(PAYMENT_TARGET)
操作说明

编译方法：

bash 复制代码 
make clean && make payment_demo

运行方式：

bash 复制代码 
./payment_demo

预期输出：

复制代码 
💰 支付策略模式演示程序
=======================

🛒 === 电商支付系统演示 ===

📱 场景1: 客户选择支付宝支付

💳 开始支付流程...
支付方式: 支付宝
🔵 支付宝支付处理中...
   订单: ORDER_2024_001
   金额: 299.99 CNY
支付结果: ✅ 成功
结果信息: 支付宝支付成功
交易ID: ALIPAY_ORDER_2024_001_1700000000

🔄 === 动态策略切换演示 ===

--- 处理订单 1 ---
💳 开始支付流程...
支付方式: 支付宝
🔵 支付宝支付处理中...
...

📊 === 支付成功率分析 ===

测试 支付宝 (100次):
成功次数: 89/100
成功率: 89%

🎉 演示程序结束

3.3 案例三：游戏角色攻击策略

这个案例展示在游戏开发中如何使用策略模式实现不同的攻击行为。

完整代码实现

AttackStrategy.h

cpp 复制代码 
/**
 * @file AttackStrategy.h  
 * @brief 游戏角色攻击策略接口
 */

#ifndef ATTACK_STRATEGY_H
#define ATTACK_STRATEGY_H

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>
#include <random>

/**
 * @brief 游戏角色类
 */
class GameCharacter {
public:
    GameCharacter(const std::string& name, int health = 100) 
        : m_name(name), m_health(health) {}
    
    std::string getName() const { return m_name; }
    int getHealth() const { return m_health; }
    void setHealth(int health) { m_health = health; }
    void takeDamage(int damage) { m_health -= damage; }
    
private:
    std::string m_name;
    int m_health;
};

/**
 * @brief 攻击策略接口
 */
class AttackStrategy {
public:
    virtual ~AttackStrategy() = default;
    
    /**
     * @brief 执行攻击
     * 
     * @in：
     *   - attacker: 攻击者角色
     *   - target: 目标角色
     * 
     * @return：
     *   返回造成的伤害值
     */
    virtual int executeAttack(GameCharacter& attacker, GameCharacter& target) = 0;
    
    /**
     * @brief 获取策略名称
     */
    virtual std::string getName() const = 0;
    
    /**
     * @brief 获取策略描述
     */
    virtual std::string getDescription() const = 0;
};

/**
 * @brief 近战攻击策略
 */
class MeleeAttack : public AttackStrategy {
public:
    int executeAttack(GameCharacter& attacker, GameCharacter& target) override;
    std::string getName() const override { return "近战攻击"; }
    std::string getDescription() const override { 
        return "使用剑或斧头进行近距离物理攻击"; 
    }
};

/**
 * @brief 远程攻击策略  
 */
class RangedAttack : public AttackStrategy {
public:
    int executeAttack(GameCharacter& attacker, GameCharacter& target) override;
    std::string getName() const override { return "远程攻击"; }
    std::string getDescription() const override { 
        return "使用弓箭或枪械进行远距离攻击"; 
    }
};

/**
 * @brief 魔法攻击策略
 */
class MagicAttack : public AttackStrategy {
public:
    int executeAttack(GameCharacter& attacker, GameCharacter& target) override;
    std::string getName() const override { return "魔法攻击"; }
    std::string getDescription() const override { 
        return "使用魔法咒语进行元素攻击"; 
    }
};

/**
 * @brief 偷袭策略
 */
class SneakAttack : public AttackStrategy {
public:
    int executeAttack(GameCharacter& attacker, GameCharacter& target) override;
    std::string getName() const override { return "偷袭"; }
    std::string getDescription() const override { 
        return "从背后发动致命一击，有几率造成暴击"; 
    }
};

/**
 * @brief 角色战斗上下文
 */
class BattleContext {
public:
    BattleContext(const std::string& characterName);
    
    void setAttackStrategy(std::unique_ptr<AttackStrategy> strategy);
    void attack(GameCharacter& target);
    void displayStatus() const;
    
    std::string getCurrentStrategy() const;

private:
    GameCharacter m_character;
    std::unique_ptr<AttackStrategy> m_attackStrategy;
};

#endif // ATTACK_STRATEGY_H

AttackStrategy.cpp

cpp 复制代码 
/**
 * @file AttackStrategy.cpp
 * @brief 攻击策略具体实现
 */

#include "AttackStrategy.h"
#include <random>

// 近战攻击实现
int MeleeAttack::executeAttack(GameCharacter& attacker, GameCharacter& target) {
    std::cout << "⚔️ " << attacker.getName() << " 发动近战攻击！" << std::endl;
    
    std::random_device rd;
    std::mt19937 gen(rd());
    std::uniform_int_distribution<int> damageDis(15, 25);
    std::uniform_real_distribution<double> hitDis(0.0, 1.0);
    
    int damage = damageDis(gen);
    double hitChance = hitDis(gen);
    
    if (hitChance < 0.1) { // 10%几率miss
        std::cout << "   💨 攻击未命中！" << std::endl;
        return 0;
    } else if (hitChance > 0.9) { // 10%几率暴击
        damage *= 2;
        std::cout << "   💥 暴击！造成 " << damage << " 点伤害！" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "   ✅ 命中！造成 " << damage << " 点伤害" << std::endl;
    }
    
    target.takeDamage(damage);
    return damage;
}

// 远程攻击实现
int RangedAttack::executeAttack(GameCharacter& attacker, GameCharacter& target) {
    std::cout << "🏹 " << attacker.getName() << " 发动远程攻击！" << std::endl;
    
    std::random_device rd;
    std::mt19937 gen(rd());
    std::uniform_int_distribution<int> damageDis(10, 20);
    std::uniform_real_distribution<double> hitDis(0.0, 1.0);
    
    int damage = damageDis(gen);
    double hitChance = hitDis(gen);
    
    if (hitChance < 0.2) { // 20%几率miss（远程更容易miss）
        std::cout << "   💨 箭矢偏离目标！" << std::endl;
        return 0;
    } else {
        std::cout << "   ✅ 精准命中！造成 " << damage << " 点伤害" << std::endl;
    }
    
    target.takeDamage(damage);
    return damage;
}

// 魔法攻击实现
int MagicAttack::executeAttack(GameCharacter& attacker, GameCharacter& target) {
    std::cout << "🔮 " << attacker.getName() << " 吟唱魔法咒语！" << std::endl;
    
    std::random_device rd;
    std::mt19937 gen(rd());
    std::uniform_int_distribution<int> damageDis(20, 35);
    std::uniform_real_distribution<double> hitDis(0.0, 1.0);
    
    int damage = damageDis(gen);
    double hitChance = hitDis(gen);
    
    if (hitChance < 0.05) { // 5%几率失败
        std::cout << "   💫 魔法施放失败！" << std::endl;
        return 0;
    } else if (hitChance > 0.85) { // 15%几率元素爆发
        damage *= 1.5;
        std::cout << "   🌟 元素爆发！造成 " << damage << " 点魔法伤害！" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "   ✨ 魔法命中！造成 " << damage << " 点伤害" << std::endl;
    }
    
    target.takeDamage(damage);
    return damage;
}

// 偷袭实现
int SneakAttack::executeAttack(GameCharacter& attacker, GameCharacter& target) {
    std::cout << "🗡️ " << attacker.getName() << " 悄悄接近目标..." << std::endl;
    
    std::random_device rd;
    std::mt19937 gen(rd());
    std::uniform_int_distribution<int> damageDis(5, 15);
    std::uniform_real_distribution<double> critDis(0.0, 1.0);
    
    int damage = damageDis(gen);
    double critChance = critDis(gen);
    
    if (critChance > 0.7) { // 30%几率致命一击
        damage *= 3;
        std::cout << "   💀 致命一击！造成 " << damage << " 点巨大伤害！" << std::endl;
    } else if (critChance < 0.1) { // 10%几率被发现
        std::cout << "   👀 被目标发现！偷袭失败" << std::endl;
        return 0;
    } else {
        std::cout << "   🎯 偷袭成功！造成 " << damage << " 点伤害" << std::endl;
    }
    
    target.takeDamage(damage);
    return damage;
}

// 战斗上下文实现
BattleContext::BattleContext(const std::string& characterName) 
    : m_character(characterName) {}

void BattleContext::setAttackStrategy(std::unique_ptr<AttackStrategy> strategy) {
    m_attackStrategy = std::move(strategy);
}

void BattleContext::attack(GameCharacter& target) {
    if (!m_attackStrategy) {
        std::cout << "❌ " << m_character.getName() << " 没有设置攻击策略！" << std::endl;
        return;
    }
    
    std::cout << "\n🎯 " << m_character.getName() << " 对 " << target.getName() << " 发动攻击" << std::endl;
    std::cout << "攻击方式: " << m_attackStrategy->getName() << std::endl;
    std::cout << "描述: " << m_attackStrategy->getDescription() << std::endl;
    
    m_attackStrategy->executeAttack(m_character, target);
}

void BattleContext::displayStatus() const {
    std::cout << "👤 " << m_character.getName() 
              << " | 生命值: " << m_character.getHealth()
              << " | 攻击策略: " << getCurrentStrategy() << std::endl;
}

std::string BattleContext::getCurrentStrategy() const {
    return m_attackStrategy ? m_attackStrategy->getName() : "无";
}

game_demo.cpp

cpp 复制代码 
/**
 * @file game_demo.cpp  
 * @brief 游戏攻击策略演示
 */

#include "AttackStrategy.h"
#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>

/**
 * @brief 模拟角色战斗
 */
void simulateBattle() {
    std::cout << "⚔️ === 游戏战斗模拟 ===" << std::endl;
    
    // 创建角色
    BattleContext warrior("战士亚瑟");
    BattleContext mage("法师梅林"); 
    BattleContext archer("弓箭手罗宾");
    BattleContext rogue("盗贼艾吉奥");
    
    GameCharacter dragon("邪恶巨龙", 200);
    
    std::cout << "\n🐉 出现强敌: " << dragon.getName() 
              << " (生命值: " << dragon.getHealth() << ")" << std::endl;
    
    // 设置各角色攻击策略
    warrior.setAttackStrategy(std::make_unique<MeleeAttack>());
    mage.setAttackStrategy(std::make_unique<MagicAttack>());
    archer.setAttackStrategy(std::make_unique<RangedAttack>());
    rogue.setAttackStrategy(std::make_unique<SneakAttack>());
    
    // 显示角色状态
    std::cout << "\n🎮 队伍状态:" << std::endl;
    warrior.displayStatus();
    mage.displayStatus(); 
    archer.displayStatus();
    rogue.displayStatus();
    
    // 战斗回合
    std::cout << "\n🔥 战斗开始！" << std::endl;
    
    int round = 1;
    while (dragon.getHealth() > 0) {
        std::cout << "\n--- 第 " << round << " 回合 ---" << std::endl;
        
        warrior.attack(dragon);
        if (dragon.getHealth() <= 0) break;
        
        mage.attack(dragon);
        if (dragon.getHealth() <= 0) break;
        
        archer.attack(dragon);
        if (dragon.getHealth() <= 0) break;
        
        rogue.attack(dragon);
        if (dragon.getHealth() <= 0) break;
        
        std::cout << "🐉 巨龙剩余生命值: " << dragon.getHealth() << std::endl;
        round++;
        
        if (round > 10) {
            std::cout << "⏰ 战斗超时！" << std::endl;
            break;
        }
    }
    
    std::cout << "\n🎉 战斗结束！" << std::endl;
    if (dragon.getHealth() <= 0) {
        std::cout << "✅ 队伍击败了 " << dragon.getName() << "！" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "❌ 队伍未能击败 " << dragon.getName() << std::endl;
    }
}

/**
 * @brief 演示策略动态切换
 */
void demonstrateStrategySwitching() {
    std::cout << "\n🔄 === 策略动态切换演示 ===" << std::endl;
    
    BattleContext hero("全能英雄");
    GameCharacter goblin("哥布林", 50);
    
    std::vector<std::unique_ptr<AttackStrategy>> strategies;
    strategies.push_back(std::make_unique<MeleeAttack>());
    strategies.push_back(std::make_unique<RangedAttack>());
    strategies.push_back(std::make_unique<MagicAttack>());
    strategies.push_back(std::make_unique<SneakAttack>());
    
    std::cout << "🎯 英雄将尝试所有攻击方式:" << std::endl;
    
    for (auto& strategy : strategies) {
        hero.setAttackStrategy(std::move(strategy));
        hero.attack(goblin);
        
        std::cout << "哥布林剩余生命值: " << goblin.getHealth() << std::endl;
        
        // 重置哥布林生命值
        goblin = GameCharacter("哥布林", 50);
        
        // 重新创建策略对象
        if (strategy == nullptr) {
            if (strategies[0] == nullptr) strategy = std::make_unique<MeleeAttack>();
            else if (strategies[1] == nullptr) strategy = std::make_unique<RangedAttack>();
            else if (strategies[2] == nullptr) strategy = std::make_unique<MagicAttack>();
            else strategy = std::make_unique<SneakAttack>();
        }
    }
}

/**
 * @brief 分析不同策略的伤害输出
 */
void analyzeDamageOutput() {
    std::cout << "\n📊 === 攻击策略伤害分析 ===" << std::endl;
    
    const int TEST_COUNT = 1000;
    GameCharacter dummy("训练假人", 10000);
    GameCharacter attacker("测试角色");
    
    std::vector<std::unique_ptr<AttackStrategy>> strategies;
    strategies.push_back(std::make_unique<MeleeAttack>());
    strategies.push_back(std::make_unique<RangedAttack>());
    strategies.push_back(std::make_unique<MagicAttack>());
    strategies.push_back(std::make_unique<SneakAttack>());
    
    std::vector<std::string> strategyNames = {"近战攻击", "远程攻击", "魔法攻击", "偷袭"};
    
    for (size_t i = 0; i < strategies.size(); ++i) {
        int totalDamage = 0;
        int hitCount = 0;
        int critCount = 0;
        
        std::cout << "\n分析 " << strategyNames[i] << " (" << TEST_COUNT << "次攻击):" << std::endl;
        
        for (int j = 0; j < TEST_COUNT; ++j) {
            int damage = strategies[i]->executeAttack(attacker, dummy);
            if (damage > 0) {
                totalDamage += damage;
                hitCount++;
            }
        }
        
        double avgDamage = static_cast<double>(totalDamage) / TEST_COUNT;
        double hitRate = (static_cast<double>(hitCount) / TEST_COUNT) * 100;
        
        std::cout << "总伤害: " << totalDamage << std::endl;
        std::cout << "平均每次攻击伤害: " << avgDamage << std::endl;
        std::cout << "命中率: " << hitRate << "%" << std::endl;
    }
}

int main() {
    std::cout << "🎮 游戏攻击策略模式演示" << std::endl;
    std::cout << "========================" << std::endl;
    
    simulateBattle();
    demonstrateStrategySwitching();
    analyzeDamageOutput();
    
    std::cout << "\n🏁 演示程序结束" << std::endl;
    return 0;
}
战斗系统类图

GameCharacter -string m_name -int m_health +getName() : string +getHealth() : int +takeDamage(int damage) <<interface>> AttackStrategy +executeAttack(GameCharacter, GameCharacter) : int +getName() : string +getDescription() : string MeleeAttack +executeAttack(GameCharacter, GameCharacter) : int +getName() : string +getDescription() : string RangedAttack +executeAttack(GameCharacter, GameCharacter) : int +getName() : string +getDescription() : string MagicAttack +executeAttack(GameCharacter, GameCharacter) : int +getName() : string +getDescription() : string SneakAttack +executeAttack(GameCharacter, GameCharacter) : int +getName() : string +getDescription() : string BattleContext -GameCharacter m_character -unique_ptr<AttackStrategy> m_attackStrategy +setAttackStrategy(unique_ptr<AttackStrategy>) +attack(GameCharacter& target) +displayStatus()

Makefile完整版
makefile 复制代码 
# 编译器设置
CXX := g++
CXXFLAGS := -std=c++17 -Wall -Wextra -O2 -g
LDFLAGS := -lpthread

# 目标程序
TARGETS := sort_strategy_demo payment_demo game_demo

# 排序演示
SORT_SRCS := main.cpp SortStrategy.cpp
SORT_OBJS := $(SORT_SRCS:.cpp=.o)

# 支付演示  
PAYMENT_SRCS := payment_demo.cpp PaymentStrategy.cpp
PAYMENT_OBJS := $(PAYMENT_SRCS:.cpp=.o)

# 游戏演示
GAME_SRCS := game_demo.cpp AttackStrategy.cpp
GAME_OBJS := $(GAME_SRCS:.cpp=.o)

# 头文件
HEADERS := SortStrategy.h PaymentStrategy.h AttackStrategy.h

# 默认编译所有目标
all: $(TARGETS)

# 排序演示目标
sort_strategy_demo: $(SORT_OBJS)
	$(CXX) $(CXXFLAGS) -o $@ $(SORT_OBJS)

# 支付演示目标
payment_demo: $(PAYMENT_OBJS)
	$(CXX) $(CXXFLAGS) -o $@ $(PAYMENT_OBJS) $(LDFLAGS)

# 游戏演示目标  
game_demo: $(GAME_OBJS)
	$(CXX) $(CXXFLAGS) -o $@ $(GAME_OBJS)

# 通用编译规则
%.o: %.cpp $(HEADERS)
	$(CXX) $(CXXFLAGS) -c $< -o $@

# 清理规则
clean:
	rm -f *.o $(TARGETS)

# 安装依赖检查
check-deps:
	@echo "检查编译依赖..."
	@which $(CXX) > /dev/null && echo "✅ g++ 编译器: 已安装" || echo "❌ g++ 编译器: 未安装"
	@echo "C++ 标准: C++17"
	@echo "所需头文件: <iostream>, <vector>, <memory>, <functional>, <random>, <chrono>, <thread>"

# 测试所有演示
test-all: all
	@echo "测试排序演示..."
	@./sort_strategy_demo > /dev/null && echo "✅ 排序演示: 通过" || echo "❌ 排序演示: 失败"
	@echo "测试支付演示..."
	@./payment_demo > /dev/null && echo "✅ 支付演示: 通过" || echo "❌ 支付演示: 失败"  
	@echo "测试游戏演示..."
	@./game_demo > /dev/null && echo "✅ 游戏演示: 通过" || echo "❌ 游戏演示: 失败"

# 显示帮助信息
help:
	@echo "可用目标:"
	@echo "  make all       编译所有演示程序"
	@echo "  make clean     清理所有编译结果"
	@echo "  make check-deps 检查编译依赖"
	@echo "  make test-all  编译并测试所有演示"
	@echo "  make help      显示此帮助信息"
	@echo ""
	@echo "单独编译:"
	@echo "  make sort_strategy_demo"
	@echo "  make payment_demo" 
	@echo "  make game_demo"

.PHONY: all clean check-deps test-all help

4. 策略模式的高级应用与最佳实践

4.1 使用std::function的现代C++实现

除了传统的面向对象实现，现代C++更推荐使用std::function：

cpp 复制代码 
/**
 * @brief 使用std::function的策略模式示例
 */
class ModernSorter {
public:
    using SortAlgorithm = std::function<void(std::vector<int>&)>;
    
    void setStrategy(SortAlgorithm algorithm) {
        m_algorithm = std::move(algorithm);
    }
    
    void sort(std::vector<int>& data) {
        if (m_algorithm) {
            m_algorithm(data);
        }
    }
    
private:
    SortAlgorithm m_algorithm;
};

// 使用lambda表达式作为策略
auto quickSort = [](std::vector<int>& data) {
    std::sort(data.begin(), data.end());
};

auto reverseSort = [](std::vector<int>& data) {
    std::sort(data.rbegin(), data.rend());
};

// 使用示例
ModernSorter sorter;
sorter.setStrategy(quickSort);
sorter.setStrategy([](std::vector<int>& data) {
    // 自定义排序逻辑
    std::sort(data.begin(), data.end(), std::greater<int>());
});

4.2 策略工厂模式结合

在实际项目中，策略模式常与工厂模式结合使用：

cpp 复制代码 
/**
 * @brief 策略工厂类
 */
class StrategyFactory {
public:
    static std::unique_ptr<PaymentStrategy> createPaymentStrategy(const std::string& type) {
        if (type == "alipay") {
            return std::make_unique<AlipayStrategy>();
        } else if (type == "wechat") {
            return std::make_unique<WechatPayStrategy>();
        } else if (type == "creditcard") {
            return std::make_unique<CreditCardStrategy>();
        }
        return nullptr;
    }
    
    static std::unique_ptr<AttackStrategy> createAttackStrategy(const std::string& type) {
        // 类似的工厂方法...
        return nullptr;
    }
};

4.3 性能考量与优化

性能优化建议：

  1. 对于简单的策略，使用函数指针或std::function可能比虚函数调用更快
  2. 考虑使用模板策略在编译期确定算法
  3. 对于性能敏感的场景，避免频繁的策略切换
cpp 复制代码 
/**
 * @brief 模板策略模式（编译期多态）
 */
template<typename Strategy>
class TemplateContext {
public:
    void execute(const std::vector<int>& data) {
        Strategy strategy;
        strategy.process(data);
    }
};

5. 总结

策略模式是C++开发中极其重要的设计模式，它通过将算法封装成独立的策略类，实现了算法的自由切换和扩展。通过本文的三个完整案例，我们展示了策略模式在不同场景下的应用：

  1. 排序算法：展示了算法策略的动态切换
  2. 支付系统：演示了业务逻辑策略的灵活配置
  3. 游戏战斗：体现了行为策略的多样性

核心价值：

  • ✅ 符合开闭原则，易于扩展
  • ✅ 消除复杂的条件判断
  • ✅ 提高代码的可测试性
  • ✅ 促进代码复用

适用场景：

  • 一个系统需要在多种算法中选择一种
  • 需要避免暴露复杂的、与算法相关的数据结构
  • 一个类定义了多种行为，这些行为以多个条件语句的形式出现

策略模式与现代C++特性（如std::function、lambda表达式）结合，能够写出更加灵活、可维护的代码，是每个C++开发者必须掌握的重要设计模式。

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