鴨子-策略模式（Strategy）

前言

萬事開頭難，最近對(duì)這句話體會(huì)深刻！這篇文章是這個(gè)系列正式開始介紹設(shè)計(jì)模式的第一篇，所以肩負(fù)著確定這個(gè)系列風(fēng)格的歷史重任，它在我腦袋里默默地醞釀了好多天，卻只搜刮出了一點(diǎn)兒不太清晰的輪廓，可是時(shí)間不等人，以后再多“迭代”幾次吧！在前面的隨筆里，我已經(jīng)提到了，這個(gè)系列準(zhǔn)備以《Head First Design Patterns》的結(jié)構(gòu)為主線，所以每個(gè)模式的核心故事都是取材于此書，在此再次聲明一下。不管怎樣，宗旨是為了跟大家一起循序漸進(jìn)地去認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)模式。

上一篇：模式和原則，得到很多朋友的支持和鼓勵(lì)，這里再次深表感謝。這里我還是想呼吁一下，希望大家看過后多提寶貴意見，反對(duì)意見更好，關(guān)鍵是我們?cè)诨?dòng)中可以共同進(jìn)步，因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)告訴我討論(爭(zhēng)論更甚)出來的火花，總是印象最深刻的。

其實(shí)策略模式是一個(gè)很簡(jiǎn)單的模式，也是一個(gè)很常用的模式，可謂短小精悍。我在介紹這個(gè)模式的同時(shí)，為了加深大家對(duì)OO的理解，還會(huì)反復(fù)強(qiáng)調(diào)前面講過的設(shè)計(jì)原則和GRASP模式。這個(gè)系列的文章前后多少會(huì)有一些關(guān)聯(lián)的連續(xù)性，但是單獨(dú)一篇文章針對(duì)單一模式也一定是獨(dú)立的，所以不論大家想從前往后連續(xù)看也好，還是挑喜歡的跳著看，都沒有問題。

“羅嗦了這么多，太唐僧了吧，快點(diǎn)開始吧…”(爛西紅柿和臭雞蛋從四面八方飛來)

模擬鴨子

Joe是一名OO程序員，他為一家開發(fā)模擬鴨子池塘游戲的公司工作，該公司的主要產(chǎn)品是一種可以模擬展示多種會(huì)游泳和呷呷叫的鴨子的游戲。這個(gè)游戲是使用標(biāo)準(zhǔn)的面向?qū)ο蠹夹g(shù)開發(fā)的，系統(tǒng)里所有鴨子都繼承于Duck基類,系統(tǒng)的核心類圖如下：

如圖所示，在Duck基類里實(shí)現(xiàn)了公共的quack()和swim()方法，而MallardDuck和RedheadDuck可以分別覆蓋實(shí)現(xiàn)自己的display()方法，這樣即重用了公共的部分，又支持不同子類的個(gè)性化擴(kuò)展。從目前的情況看，這是一個(gè)很好的設(shè)計(jì)，哈！  

 

但是，商場(chǎng)如戰(zhàn)場(chǎng)，不進(jìn)則退。Joe的公司最近的日子不好過，盜版泛濫，再加上競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的圍追堵劫，已經(jīng)拖欠好幾個(gè)月工資了。因此，公司高層在一次集體“腐敗”后，決定一定要給系統(tǒng)增加一些超玄的功能，以徹底擊垮競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。經(jīng)過董事會(huì)討論，最終覺得如果能讓鴨子飛起來，那么一定可以給對(duì)手致命一擊。于是Joe的上司對(duì)董事們拍著胸脯說：“這沒有問題，Joe是一個(gè)OO程序員，這對(duì)他來說太簡(jiǎn)單了！我們保證一周內(nèi)結(jié)束戰(zhàn)斗。”

接到任務(wù)的Joe絲毫不敢怠慢，研究了上級(jí)的指示以后，發(fā)現(xiàn)只要在Duck里增加一個(gè)fly()方法就可以搞定了，這樣所有繼承Duck的鴨子就都擁有了會(huì)飛的能力，哈！這回獎(jiǎng)金有盼頭啦！改進(jìn)后的系統(tǒng)類圖如下：

……

Joe的上司：“我正在給董事們演示你會(huì)飛的鴨子，但是怎么有很多橡皮鴨子也在四處亂飛呢？你在耍我嗎？你還想不想混啦？！”(此處省略粗話100字)

Joe被嚇壞了，到手的獎(jiǎng)金泡湯了！冷靜下來的Joe發(fā)現(xiàn)，原來在Duck類里增加的方法，也同樣被繼承于Duck的RubberDuck類繼承了，所以就有了會(huì)飛的橡皮鴨子，這是嚴(yán)重違反該系統(tǒng)“真實(shí)模擬各種鴨子”的原則的！那么該怎么辦呢？Joe很郁悶！他突然想到：如果在RubberDuck類里把fly()方法重寫一下會(huì)如何？在RubberDuck類的fly()里讓橡皮鴨子什么都不做，不就一切OK了嗎！那以后再增加一個(gè)木頭鴨子呢？它不會(huì)飛也不會(huì)叫，那不是要再重寫quack()和fly()方法，以后再增加其它特殊的鴨子都要這樣，這不是太麻煩了，而且也很混亂。

最終，Joe認(rèn)識(shí)到使用繼承不是辦法，因?yàn)樗纳纤就ㄖ?，董事?huì)決定以后每6個(gè)月就會(huì)升級(jí)一次系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，所以未來的變化會(huì)很頻繁，而且還不可預(yù)知。如果以后靠逐個(gè)類去判斷是否重寫了quack()或fly()方法來應(yīng)對(duì)變化，顯然混不下去！

（Joe這時(shí)很迷惑，為什么屢試不爽的繼承，在系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)的時(shí)候，無法很好地支持重用呢？）

那么使用接口怎么樣？我可以把fly()方法放在接口里，只有那些會(huì)飛的鴨子才需要實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口，最好把quack()方法也拿出來放到一個(gè)接口里，因?yàn)橛行喿邮遣粫?huì)叫的。就像下面這樣：

Joe的上司知道后怒了：“你這樣做難道是希望所有需要quack()和fly()方法的鴨子都去重復(fù)實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)方法的功能嗎？就這么幾個(gè)鴨子還好說，但是我們有幾十、上百個(gè)鴨子的時(shí)候你怎么辦？如果某個(gè)方法要做一點(diǎn)修改，難道你要重復(fù)修改上百遍嗎？你是不是瘋啦？”

 

呵呵！如果你是Joe，你該怎么辦？

我們知道，并不是所有的鴨子都會(huì)飛、會(huì)叫，所以繼承不是正確的方法。但是雖然上面的使用Flyable接口的方法，可以解決部分問題(不再有會(huì)飛的橡皮鴨子)，但是這個(gè)解決方案卻徹底破壞了重用，它帶來了另一個(gè)維護(hù)的噩夢(mèng)！而且還有一個(gè)問題我們前面沒有提到，難道所有的鴨子的飛行方式、叫聲等行為都是一模一樣的嗎？不可能吧！

說到這里，為了能幫助Joe擺脫困境，我們有必要先停下來，重新回顧一些面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則。請(qǐng)您告訴我：“什么東西是在軟件開發(fā)過程中是恒定不變的？”，您想到了嗎？對(duì)，那就是變化本身，正所謂“計(jì)劃沒有變化快”，所以直面“變化這個(gè)事實(shí)”才是正道！Joe面對(duì)的問題是，鴨子的行為在子類里持續(xù)不斷地改變，所以讓所有的子類都擁有基類的行為是不適當(dāng)?shù)模褂蒙厦娴慕涌诘姆绞?，又破壞了代碼重用。現(xiàn)在就需要用到我們的第一個(gè)設(shè)計(jì)原則：

Identify the aspects of your application that vary and separate them from what stays the same.(找到系統(tǒng)中變化的部分，將變化的部分同其它穩(wěn)定的部分隔開。)

換句話說就是：“找到變化并且把它封裝起來，稍后你就可以在不影響其它部分的情況下修改或擴(kuò)展被封裝的變化部分。” 盡管這個(gè)概念很簡(jiǎn)單，但是它幾乎是所有設(shè)計(jì)模式的基礎(chǔ)，所有模式都提供了使系統(tǒng)里變化的部分獨(dú)立于其它部分的方法。

OK！現(xiàn)在我們已經(jīng)有了一條設(shè)計(jì)原則，那么Joe的問題怎么辦呢？就鴨子的問題來說，變化的部分就是子類里的行為。所以我們要把這部分行為封裝起來，省得它們老惹麻煩！從目前的情況看，就是fly()和quack()行為總是不老實(shí)，而swim()行為是很穩(wěn)定的，這個(gè)行為是可以使用繼承來實(shí)現(xiàn)代碼重用的，所以，我們需要做的就是把fly()和quack()行為從Duck基類里隔離出來。我們需要?jiǎng)?chuàng)建兩組不同的行為，一組表示fly()行為，一組表示quack()行為。為什么是兩組而不是兩個(gè)呢？因?yàn)閷?duì)于不同的子類來說，fly()和quack()的表現(xiàn)形式都是不一樣的，有的鴨子嘎嘎叫，有的卻呷呷叫。有了這兩組行為，我們就可以組合出不同的鴨子，例如：我們可能想要實(shí)例化一個(gè)新的MallardDuck(野鴨)實(shí)例，并且給它初始化一個(gè)特殊類型的飛行行為(野鴨飛行能力比較強(qiáng))。那么，如果我們可以這樣，更進(jìn)一步，為什么我們不可以動(dòng)態(tài)地改變一個(gè)鴨子的行為呢？換句話說，我們將在Duck類里包含行為設(shè)置方法，所以我們可以說在運(yùn)行時(shí)改變MallardDuck的飛行行為，這聽起來更酷更靈活了！那么我們到底要怎么做呢？回答這個(gè)問題，先要看一下我們的第二個(gè)設(shè)計(jì)原則：

Program to an interface, not an implementation.（面向接口編程，而不要面向?qū)崿F(xiàn)編程。）

嘿！對(duì)于這個(gè)原則，不論是耳朵還是眼睛，是不是都太熟悉了！“接口”這個(gè)詞已經(jīng)被賦予太多的含義，搞的大家一說點(diǎn)兒屁事就滿嘴往外蹦“接口”。那么它到底是什么意思呢？我們這里說的接口是一個(gè)抽象的概念，不局限于語言層面的接口(例如C#里的interface)。一個(gè)接口也可以是一個(gè)抽象類，或者一個(gè)基類也可以看作是一種接口的表現(xiàn)形式，因?yàn)榛愖兞靠梢杂脕硪闷渥宇?。要點(diǎn)在于，我們?cè)诿嫦蚪涌诰幊痰臅r(shí)候，可以使用多態(tài)，那么實(shí)際運(yùn)行的代碼只依賴于具體的接口(interface,抽象類，基類)，而不管這些接口提供的功能是如何實(shí)現(xiàn)的，也就是說，接口將系統(tǒng)的不同部分隔離開來，同時(shí)又將它們連接在一起。我的神啊！接口真是太偉大了！(爛西紅柿和臭雞蛋從四面八方飛來)

OK!這回該徹底解決Joe的問題了！

根據(jù)面向接口編程的設(shè)計(jì)原則，我們應(yīng)該用接口來隔離鴨子問題中變化的部分，也就是鴨子的不穩(wěn)定的行為(fly()、quack())。我們要用一個(gè)FlyBehavior接口表示鴨子的飛行行為，這個(gè)接口可以有多種不同的實(shí)現(xiàn)方式，可以“橫”著分，也可以“豎”著分，管它呢！這樣做的好處就是我們將鴨子的行為實(shí)現(xiàn)在一組獨(dú)立的類里，具體的鴨子是通過FlyBehavior這個(gè)接口來調(diào)用這個(gè)行為的，因?yàn)?/span>Duck只依賴FlyBehavior接口，所以不需要管FlyBehavior是如何被實(shí)現(xiàn)的。如下面的類圖，FlyBehavior和QuackBehavior接口都有不同的實(shí)現(xiàn)方式！

Joe已經(jīng)暈了，“你說了這么多，全是大白話，來點(diǎn)代碼行不行，我要C#的！”。說到這里，我們也該開始徹底改造這個(gè)設(shè)計(jì)了，并會(huì)在最后附加部分代碼來幫助大家理解。  

 

第一步：我們要給Duck類增加兩個(gè)接口類型的實(shí)例變量，分別是flyBehavior和quackBehavior，它們其實(shí)就是新的設(shè)計(jì)里的“飛行”和“叫喚”行為。每個(gè)鴨子對(duì)象都將會(huì)使用各種方式來設(shè)置這些變量，以引用它們期望的運(yùn)行時(shí)的特殊行為類型(使用橫著飛，吱吱叫，等等)。

第二步：我們還要把fly()和quack()方法從Duck類里移除，因?yàn)槲覀円呀?jīng)把這些行為移到FlyBehavior和QuackBehavior接口里了。我們將使用兩個(gè)相似的PerformFly()和PerformQuack()方法來替換fly()和qucak()方法，后面你會(huì)看到這兩個(gè)新方法是如何起作用的。

第三步：我們要考慮什么時(shí)候初始化flyBehavior和quackBehavior變量。最簡(jiǎn)單的辦法就是在Duck類初始化的時(shí)候同時(shí)初始化他們。但是我們這里還有更好的辦法，就是提供兩個(gè)可以動(dòng)態(tài)設(shè)置變量值的方法SetFlyBehavior()和SetQuackBehavior()，那么就可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)改變鴨子的行為了。

下面是修改后的Duck類圖：

我們?cè)倏纯凑麄€(gè)設(shè)計(jì)修改后的類圖：

 

最后大家再看看演示代碼，因?yàn)榇a比較多，就不貼出來了，大家可以下載后參考：

。下面是演示代碼的執(zhí)行結(jié)果：

 

這就是策略模式

 

前面說了那么多，現(xiàn)在終于到了正式介紹我們今天的主角的時(shí)候啦！此刻心情真是好激動(dòng)??！其實(shí)我們?cè)谇懊婢褪鞘褂?/span>Strategy模式幫Joe度過了難過，真不知道他發(fā)了獎(jiǎng)金后要怎么感謝我們啊。OK！下面先看看官方的定義：

The Strategy Pattern defines a family of algorithms,encapsulates each one,and makes them interchangeable. Strategy lets the algorithm vary independently from clients that use it.（策略模式定義了一系列的算法，并將每一個(gè)算法封裝起來，而且使它們還可以相互替換。策略模式讓算法獨(dú)立于使用它的客戶而獨(dú)立變化。）

怎么樣，有了前面Joe的經(jīng)歷，這個(gè)定義理解起來還不那么太費(fèi)勁吧？我想凡是認(rèn)真看到這里的人，應(yīng)該都能理解的。那么下面再畫蛇添足地羅嗦幾句，給那些還不太理解的朋友一個(gè)機(jī)會(huì)吧。J

Context(應(yīng)用場(chǎng)景):

 

l         需要使用ConcreteStrategy提供的算法。

l         內(nèi)部維護(hù)一個(gè)Strategy的實(shí)例。

l         負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)設(shè)置運(yùn)行時(shí)Strategy具體的實(shí)現(xiàn)算法。

l         負(fù)責(zé)跟Strategy之間的交互和數(shù)據(jù)傳遞。

Strategy(抽象策略類)：

l         定義了一個(gè)公共接口，各種不同的算法以不同的方式實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口，Context使用這個(gè)接口調(diào)用不同的算法，一般使用接口或抽象類實(shí)現(xiàn)。

ConcreteStrategy(具體策略類)：

l         實(shí)現(xiàn)了Strategy定義的接口，提供具體的算法實(shí)現(xiàn)。

 

還不理解？！我的神??！那再看看下面的順序圖吧，這是最后的機(jī)會(huì)啦！

應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)缺點(diǎn)

上面我們已經(jīng)看過了Strategy模式的詳細(xì)介紹，下面我們?cè)賮砗?jiǎn)單說說這個(gè)模式的優(yōu)缺點(diǎn)吧！怎么說呢，人無完人，設(shè)計(jì)模式也不是萬能的，每一個(gè)模式都有它的使命，也就是說只有在特定的場(chǎng)景下才能發(fā)揮其功效。我們要使用好模式，就必須熟知各個(gè)模式的應(yīng)用場(chǎng)景。

對(duì)于Strategy模式來說，主要有這些應(yīng)用場(chǎng)景：

1、  多個(gè)類只區(qū)別在表現(xiàn)行為不同，可以使用Strategy模式，在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)選擇具體要執(zhí)行的行為。(例如FlyBehavior和QuackBehavior)

2、  需要在不同情況下使用不同的策略(算法)，或者策略還可能在未來用其它方式來實(shí)現(xiàn)。(例如FlyBehavior和QuackBehavior的具體實(shí)現(xiàn)可任意變化或擴(kuò)充)

3、  對(duì)客戶(Duck)隱藏具體策略(算法)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，彼此完全獨(dú)立。

 

對(duì)于Strategy模式來說，主要有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、  提供了一種替代繼承的方法，而且既保持了繼承的優(yōu)點(diǎn)(代碼重用)還比繼承更靈活(算法獨(dú)立，可以任意擴(kuò)展)。

2、  避免程序中使用多重條件轉(zhuǎn)移語句，使系統(tǒng)更靈活，并易于擴(kuò)展。

3、  遵守大部分GRASP原則和常用設(shè)計(jì)原則，高內(nèi)聚、低偶合。

對(duì)于Strategy模式來說，主要有如下缺點(diǎn)：

1、  因?yàn)槊總€(gè)具體策略類都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新類，所以會(huì)增加系統(tǒng)需要維護(hù)的類的數(shù)量。

 

    備注：關(guān)于場(chǎng)景和優(yōu)缺點(diǎn)，上面肯定說得不夠全面，歡迎大家來補(bǔ)充。

.NET框架里的應(yīng)用

Strategy模式的應(yīng)用非常廣泛，也許大家有意無意之間一直都在使用。這里舉一個(gè).NET框架里使用Strategy模式的例子，象這樣的例子其實(shí)還有很多，只要大家細(xì)心體會(huì)就一定會(huì)發(fā)現(xiàn)的。

如果寫過程序，那么ArrayList類肯定都會(huì)用過吧，那么它的Sort方法想必大家也一定不陌生了。Sort方法的定義如下：

public virtual void Sort (IComparer comparer)

可以看到Sort方法接收一個(gè)IComparer類型的參數(shù)，那么這個(gè)IComparer接口是做什么用的呢？下面我們看一段程序，下面的代碼示例演示如何使用默認(rèn)比較器和一個(gè)反轉(zhuǎn)排序順序的自定義比較器，對(duì) ArrayList 中的值進(jìn)行排序。(完全引自MSDN：ms-help://MS.MSDNQTR.v80.chs/MS.MSDN.v80/MS.NETDEVFX.v20.chs/cpref2/html/M_System_Collections_ArrayList_Sort_1_a2d90598.htm)

 

 

怎么樣，大家看出來了吧，其實(shí)在這段代碼里，ArrayList相當(dāng)于Strategy模式中的Context(應(yīng)用場(chǎng)景)部分，而IComparer相當(dāng)于Strategy(抽象策略類)部分，myReverserClass相當(dāng)于ConcreteStrategy(具體策略類)部分。我們這里拋開myReverserClass類的Compare方法如何具體實(shí)現(xiàn)不談，我們只要知道這是一個(gè)具體策略類，它提供了應(yīng)用場(chǎng)景需要的具體算法，它實(shí)現(xiàn)了抽象策略類接口，而應(yīng)用場(chǎng)景通過抽象策略類動(dòng)態(tài)調(diào)用到了具體策略類中的算法。哈！所以這是一個(gè)十分典型的Strategy模式的應(yīng)用。

基于這個(gè)符合Strategy模式的結(jié)構(gòu)，我們還可以提供很多種自定義的具體策略類的實(shí)現(xiàn)，只要這些類實(shí)現(xiàn)了IComparer接口，就可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)設(shè)置給ArrayList類的Sort方法，在Sort方法中會(huì)根據(jù)具體策略類實(shí)現(xiàn)的比較算法規(guī)則來對(duì)ArrayList中的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。

最后一個(gè)設(shè)計(jì)原則

關(guān)于Strategy模式的故事講到這里，應(yīng)該基本OK啦！下面我們?cè)倭男└邔哟蔚臇|西。什么是更高層次的東西？嘿！當(dāng)然是設(shè)計(jì)原則了！在前面總結(jié)Strategy模式的優(yōu)點(diǎn)的時(shí)候我們提到過，Strategy模式不僅保留了繼承的優(yōu)點(diǎn)，而且還提供了更靈活的擴(kuò)展能力。為什么會(huì)這樣呢？Strategy模式是怎么做到這一點(diǎn)的呢？哈！這是因?yàn)樗?#8220;上面有人”??！誰啊？它就是我們下面要介紹的重量級(jí)設(shè)計(jì)原則：

Favor composition over inheritance.（優(yōu)先使用對(duì)象組合，而非類繼承）

關(guān)于組合和繼承，我們只要這樣來理解即可：組合是一種“HAS-A”關(guān)系，而繼承是一種“IS-A”關(guān)系。很明顯“HAS-A”要比“IS-A”更靈活一些。也就是說在創(chuàng)建系統(tǒng)的時(shí)候，我們應(yīng)該優(yōu)先使用對(duì)象組合，因?yàn)樗粌H可以給你提供更多靈活性和擴(kuò)展性，而且還使你可以在運(yùn)行時(shí)改變行為(組合不同的對(duì)象)，這簡(jiǎn)直是酷斃了！但是也不是說繼承就是不能用，只是說應(yīng)該把繼承應(yīng)用在相對(duì)更穩(wěn)定，幾乎沒有變化的地方，例如前面的Duck類里的Swim()方法，因?yàn)榭梢钥隙ㄋ续喿右欢ǘ紩?huì)游泳，所以就沒有必要給這個(gè)行為提供基于Strategy模式的實(shí)現(xiàn)方式，因?yàn)槟菢幼龀耸浅绦蚋鼜?fù)雜以外，沒有什么意義。

BULLET POINTS

l        Knowing the OO basics does not make you a good OO designer.

l        Good OO designs are reusable,extensible and maintainable.

l        Patterns show you how to build systems with good OO design qualities.

l        Patterns are proven object oriented experience.

l        Patterns don’t give you code,they give you general solutions to design problems.You apply them to your specific application.

l        Patterns aren’t invented,they are discovered.

l        Most patterns and principles address issues of change in software.

l        Most patterns allow some part of a system to vary independently of all other parts.

l        We often try to take what varies in a system and encapsulate it.

l        Patterns provide a shared language that can maximize the value of your communication with other developers.

作者

王曉亮/Justin

MSN:xiaoliang203@hotmail.com

Mail:xiaoliang.justin@gmail.com

參考資料

《UML和模式應(yīng)用》

《敏捷軟件開發(fā)—原則、模式與實(shí)踐》

《Head First Design Patterns》

李建忠老師的《C#面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模式縱橫談系列課程》