C++设计模式中的抽象类角色：策略模式与模板方法模式分析

# 1. 设计模式与抽象类的基本概念

## 1.1 设计模式的简介
设计模式是一套被反复使用、多数人知晓、经过分类编目、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。它通常包括以下几个基本要素：模式名称、问题、目的、解决方案、效果、结构、参与者、协作、实现、代码示例和已知应用。

## 1.2 设计模式的分类
设计模式可以分为三大类：
1. 创建型模式：用于描述“怎样创建对象”，它的主要特点是将对象的创建与使用分离。
2. 结构型模式：用于描述如何将类或对象结合在一起，形成更大的结构。
3. 行为型模式：用于描述类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象无法独立完成的任务。

## 1.3 抽象类的定义和作用
抽象类是不能被实例化的类，通常作为子类的模板，它必须被继承使用。抽象类中包含的成员可以是抽象方法也可以是非抽象方法。在设计模式中，抽象类的作用主要体现在它提供了一个概念框架，确保所有子类遵从统一的接口规范，并允许代码复用。

设计模式与抽象类在软件开发中扮演着基础的角色。掌握它们的概念、特点和适用场景，对于编写可扩展、可维护且高效的代码至关重要。下一章将深入探讨策略模式，它是行为型模式中的一个典型代表。

# 2. 策略模式的理论与实现

## 2.1 策略模式的定义和核心思想

### 2.1.1 策略模式的意图和结构

策略模式是一种行为设计模式，它定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以互换使用。策略模式让算法的变化独立于使用算法的客户。核心思想是通过定义一系列算法，并将每一个算法封装起来，让它们可以相互替换使用，这个模式让算法的变化不会影响到使用算法的客户。

在策略模式的结构中，主要有三个角色：

- **Context（上下文）**：Context上下文持有一个策略的引用，并提供了一个设置器，使得客户端可以动态地改变策略。Context内部会调用所持策略对象的方法，将客户端的请求转发给策略处理。
- **Strategy（策略）**：Strategy定义了算法家族，即一系列的算法或者行为。策略可以有接口、抽象类或者具体类实现。
- **ConcreteStrategy（具体策略）**：具体策略实现了策略定义的算法。

在策略模式中，客户端选择使用哪个策略并不是在编译期间决定的，而是在运行期间通过上下文来动态设置的。

### 2.1.2 策略模式在软件工程中的应用

策略模式在软件工程中广泛应用于需要算法灵活切换的场景，比如：

- 有多个算法，且它们经常改变，但算法的使用方式不变。
- 一个类定义了多种行为，并且这些行为在这个类的方法中以多个条件语句的形式出现。将这些行为移到它们各自的Strategy类中，可以使得代码更加简洁。
- 系统中使用多种类型的算法，并且它们可以被客户程序以相同的方式调用。在这种情况下，可以在客户端定义算法的类型，然后在运行时选择一个具体的算法。
- 算法需要复用，但不希望暴露算法的实现细节。

通过策略模式，可以避免多重条件语句（if-else或switch-case），增强程序的可维护性，并且使系统更加灵活和可扩展。

## 2.2 策略模式的组件分析

### 2.2.1 策略接口的角色和功能

策略接口是策略模式的核心部分，定义了一个算法家族，使得算法可以互换使用。策略接口声明了所有策略都应实现的方法，这个方法是客户端使用策略接口时所调用的方法。

具体来说，策略接口定义了客户端与算法家族之间的契约。无论算法如何变化，客户端都通过接口调用，而无需关心具体算法的实现细节。

### 2.2.2 具体策略的实现与特点

具体策略类是策略接口的实现类，每个具体策略类实现了在策略接口中声明的方法。每个具体策略类对应于一个具体的算法，这些算法都是在同一个算法家族中。

具体策略类的特点在于它们独立于其他策略类和客户端，只关注算法的实现。当算法需要修改或扩展时，可以独立地添加新的策略类，而无需修改现有代码。这种方式使得系统的复杂度和扩展性得到良好的平衡。

### 2.2.3 策略上下文的角色和作用

策略上下文是策略模式中连接策略接口和具体策略的桥梁。上下文会持有一个策略接口的引用，客户端通过这个上下文来调用策略接口定义的方法。上下文的作用在于控制策略的切换，并封装了策略的使用。

在上下文中，通常还包含对策略接口方法的封装调用，使得策略的切换对客户端透明。上下文可以提供方法来设置当前使用的策略，从而动态地改变策略。这样，客户端在运行期间可以自由地切换不同的策略。

## 2.3 策略模式的代码实践

### 2.3.1 一个简单的策略模式实例

假设有一个电商平台，需要根据不同的促销活动计算折扣。我们可以使用策略模式来实现不同的折扣算法。

// 策略接口
public interface DiscountStrategy {
    double applyDiscount(double price);
}

// 具体策略：无折扣
public class NoDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
    @Override
    public double applyDiscount(double price) {
        return price;
    }
}

// 具体策略：固定金额折扣
public class FixedAmountDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
    private double discountAmount;

    public FixedAmountDiscountStrategy(double discountAmount) {
        this.discountAmount = discountAmount;
    }

    @Override
    public double applyDiscount(double price) {
        return price - discountAmount;
    }
}

// 具体策略：百分比折扣
public class PercentageDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
    private double discountPercentage;

    public PercentageDiscountStrategy(double discountPercentage) {
        this.discountPercentage = discountPercentage;
    }

    @Override
    public double applyDiscount(double price) {
        return price * (1 - discountPercentage);
    }
}

// 上下文
public class ShoppingCart {
    private DiscountStrategy strategy;

    public void setStrategy(DiscountStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public double calculateTotalPrice(double price) {
        return strategy.applyDiscount(price);
    }
}

// 客户端代码
public class StrategyPatternD