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C++如何实现策略模式_C++利用多态和模板实现可替换算法的设计模式

尼克

发布： 2025-12-05 13:31:14

原创

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策略模式通过将算法封装为独立类实现解耦，C++中可用多态或模板实现：多态支持运行时切换策略，适合动态场景；模板在编译期绑定，性能更高，适合静态确定的算法。选择依据是灵活性与性能需求，核心在于分离算法与上下文，提升可维护性。

c++如何实现策略模式_c++利用多态和模板实现可替换算法的设计模式

策略模式是一种行为设计模式，它让你定义一系列算法，并将每种算法分别放入独立的类中，从而使算法的变化独立于使用它的客户端。在C++中，可以通过多态（继承与虚函数）和模板两种方式来实现策略模式，各有优势：多态提供运行时灵活性，模板则带来编译期优化和类型安全。

使用多态实现策略模式

通过基类定义统一接口，不同策略继承该基类并重写方法。客户端持有基类指针或引用，可以在运行时切换具体策略。

示例：

// 策略接口 class Strategy { public: virtual ~Strategy() = default; virtual void execute() const = 0; };

// 具体策略A class ConcreteStrategyA : public Strategy { public: void execute() const override { // 执行算法A } };

// 具体策略B class ConcreteStrategyB : public Strategy { public: void execute() const override { // 执行算法B } };

// 上下文，使用策略 class Context { private: Strategy strategy_; public: void set_strategy(Strategy s) { strategy = s; } void run() const { strategy->execute(); } };

这种方式的优点是结构清晰，支持运行时动态更换策略。缺点是需要虚函数调用，有轻微性能开销，且涉及堆内存管理时需注意生命周期。

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使用模板实现策略模式（静态多态）

利用模板将策略作为类型参数传入，避免虚函数和指针，提升性能，适用于编译期已知策略的场景。

template class Context { private: Strategy strategy_; public: void run() const { strategy_.execute(); } };

// 使用时指定策略类型 Context ctxA; ctxA.run();

Context ctxB; ctxB.run();

这种实现被称为“策略模板”，它在编译期决定具体类型，无运行时开销，内联更友好。适合对性能敏感的场景，如数学计算、排序算法等。

还可以结合构造函数注入策略实例，增强灵活性：

template class Context { Strategy strategy_; public: explicit Context(Strategy s) : strategy_(std::move(s)) {} void run() const { strategy_.execute(); } };