我的設計模式之旅 ① 策略模式、簡單工廠、反射

来源:https://www.cnblogs.com/linxiaoxu/archive/2022/09/08/16670845.html
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一個菜鳥的設計模式之旅，使用 Golang 實現。本節實現策略模式與簡單工廠。編程旅途是漫長遙遠的，在不同時刻有不同的感悟，本文會一直更新下去。 ...


一個菜鳥的設計模式之旅，文章可能會有不對的地方，懇請大佬指出錯誤。

編程旅途是漫長遙遠的，在不同時刻有不同的感悟，本文會一直更新下去。

程式介紹

image-20220908185122153

本程式實現收銀員對顧客收銀時可以採用不同的促銷策略，支持原價，按折扣促銷，滿多少返利多少三種策略。使用策略模式與簡單工廠模式。簡單工廠使用依賴註入方法，通過配置文件 config.json 能夠動態實例化對象。

PS C:\Users\小能喵喵喵\Desktop\設計模式\策略模式_簡單工廠_反射> go run .
商品數量 10
單價 100
當前商品總額￥700
--------------------------------
商品數量 30 
單價 50
當前商品總額￥1700
--------------------------------
商品數量 -1
顧客需要支付￥1700

程式代碼

typeRegister.go

package main

import (
	"errors"
	"reflect"
	"runtime"
)

var TypeReg = make(TypeRegister)

func init() {
	TypeReg.Set(Discount{})
	TypeReg.Set(MoneyOff{})
	TypeReg.Set(Normal{})
	runtime.GC()
}

type TypeRegister map[string]reflect.Type

func (t TypeRegister) Set(i interface{}) {
	t[reflect.TypeOf(i).Name()] = reflect.TypeOf(i)
}

func (t TypeRegister) Get(name string) (interface{}, error) {
	if typ, ok := t[name]; ok {
		return reflect.New(typ).Interface(), nil // ^ 新建對象獲取指針並以空介面類型返回
	}
	return nil, errors.New("no one")
}
  • 維護一個TypeRegister字典結構是為了實現依賴註入，什麼是依賴註入？

var TypeReg = make(TypeRegister)

首先介紹一種設計思想，控制反轉。正常情況下，對函數或方法的調用是調用方主動的行為，調用方清楚地知道被調的函數名是什麼，參數有哪些類型直接主動調用，包括對象的初始化也是顯式直接初始化。控制反轉就是將主動行為變為間接行為，調用方需要通過框架代碼進行間接調用和初始化。

這樣的好處就是能夠解耦調用方和被調方，調用者的代碼不用寫死，可以讓控制反轉的框架代碼讀取配置，動態構建對象。依賴註入是實現控制反轉的一種方法，通過註入參數或實例的方式實現控制反轉。通常這兩者是同一個東西。

golang沒有java的class.forName動態生成類實例的方法。需要自行維護一套類型註冊字典。該字典類型有添加類和生成類實例兩大方法。init函數會在main函數之前運行，在函數體創建各個類型的實例來進行註冊，使字典保存各個類型的類名和對應的reflect.Type結構。reflect.Type通過的New函數創建一個新的實例並返回它的指針。這樣我們可以實現依賴註入，控制反轉（通過外部的 config.json 配置文件，動態生成實例）

  • 為什麼要返回空介面類型？

return reflect.New(typ).Interface(), nil

New出來的是reflect.Value類型，不是原有的具體類型，轉換成空介面，該介面內部存放具體類型實例，可以使用介面類型查詢去還原為具體類型。

jsonConfig.go

package main

// 載入 config.json 文件並創建維護策略實例的上下文實例對象

// by 小能喵喵喵 2022年9月8日

import (
	"encoding/json"
	"io/ioutil"
	"log"
	"strings"
)

const (
	configPath = "./config.json" // 配置文件絕對路徑
)

type Config struct {
	Promotion string `json:"promotion"` // 從json字元串轉換成結構體
}

func loadConfig() (c Context) {
	config := getConfig(configPath)
	params := strings.Split(config.Promotion, " ")
	c.set(params[0], params[1:]) // 動態生成結構體實例並調用實例的config函數填入參數
	return
}

func getConfig(path string) Config {
	f, err := ioutil.ReadFile(path)
	if err != nil {
		log.Fatal("Error when opening file: ", err)
	}
	var config Config
	err = json.Unmarshal(f, &config)
	if err != nil {
		log.Fatal("Error during Unmarshal(): ", err)
	}
	return config
}

strategy.go

package main

import (
	"math"
	"strconv"
)

// ^ 策略介面定義所有支持的演算法的公共介面
type IStrategy interface {
	acceptCash(money float64) float64
	config(args []string)
}

type Normal struct{}

type Discount struct {
	Percent float64
}

type MoneyOff struct {
	Threshold float64
	Back      float64
}

func (d Normal) acceptCash(money float64) float64 {
	return money
}

func (d *Normal) config(args []string) {}

func (d Discount) acceptCash(money float64) float64 {
	return money * d.Percent
}

func (d *Discount) config(args []string) {
	d.Percent = GetFloat(args[0])
}

func (m MoneyOff) acceptCash(money float64) float64 {
	if money >= m.Threshold {
		money -= math.Floor(money/m.Threshold) * m.Back
	}
	return money
}

func (m *MoneyOff) config(args []string) {
	m.Threshold = GetFloat(args[0])
	m.Back = GetFloat(args[1])
}

// ^ 字元串轉float64
func GetFloat(s string) float64 {
	f, _ := strconv.ParseFloat(s, 64)
	return f
}

/* -------------------------------------------------------------------------- */

// ^ 上下文對象用於生成策略實例
type Context struct {
	strategy IStrategy
}

// ^ 依賴註入生成策略實例
func (c *Context) set(str string, args []string) {
	var strategy IStrategy
	s, err := TypeReg.Get(str)
	if err != nil {
		return
	}
	strategy = s.(IStrategy)
	strategy.config(args)
	c.strategy = strategy
}

// ^ 上下文執行策略
func (c *Context) cal(f float64) float64 {
	if c.strategy == nil {
		return f
	}
	return c.strategy.acceptCash(f)
}

main.go

package main

// 策略模式_簡單工廠_反射

// by 小能喵喵喵 2022年9月8日

import (
	"fmt"
	"strings"
)

var (
	cost     float64
	quantity int
	price    float64
)

func main() {
	c := loadConfig()
	for {
		fmt.Print("商品數量 ")
		fmt.Scanln(&quantity)
		if quantity <= 0 {
			break
		}
		fmt.Print("單價 ")
		fmt.Scanln(&price)
		// ^ 使用策略
		cost += c.cal(price * float64(quantity))
		fmt.Printf("當前商品總額￥%v\n", cost)
		fmt.Println(strings.Repeat("-", 32))
	}
	fmt.Printf("顧客需要支付￥%v\n", cost)
}

config.json

{
  "promotion": "MoneyOff 300 100"
}

可以改成 Normal，也可以改成 Discount 0.5 打五折

Console

PS C:\Users\小能喵喵喵\Desktop\設計模式\策略模式_簡單工廠_反射> go run .
商品數量 10
單價 100
當前商品總額￥700
--------------------------------
商品數量 30 
單價 50
當前商品總額￥1700
--------------------------------
商品數量 -1
顧客需要支付￥1700

思考總結

什麼是策略模式

一個類的行為或其演算法可以在運行時更改。這種類型的設計模式屬於行為型模式。

Strategy scheme

策略模式：定義了演算法家族，分別封裝起來，讓它們之間可以相互替換，此模式讓演算法的變化，不會影響到使用演算法的客戶。

可能有點抽象，晦澀難懂，用自己的話來說就是

策略模式（白話文）：完成一件事有多種方法，比如刷碗可以人工刷也可以機器刷，做的都是刷碗的工作。把各個方法封裝到類裡面去，每個類都能完成同樣的工作，我們可以抽象出行為共性，即介面，介面內有這個公共方法，各個子類實現這個介面。客戶端（使用方）聲明一個介面接收一個具體的子類方法實例，然後調用聲明介面的公共方法（里氏替換原則）。如果未來需要添加新的方法，只需要添加子類，原來的客戶端不會受到影響（開放-封閉原則）。如果需要修改原來的方法，只需要修改客戶端new實例的地方（最小的改動）。

使用策略模式能夠降低具體演算法與使用者之間耦合程度。封裝的演算法完成的是同一份工作，只是實現不同。這些演算法隨時都可能相互替換的，策略模式封裝了變化點。雖然嚴格定義上策略模式是用來封裝演算法的，但實踐中可以用來封裝任何類型的規則（需要在不同時間應用不同的業務規劃）。

完成一個工作有多個方法，如果不用策略模式，而是直接在單個類中使用方法，如果每個方法的執行有一定的條件要求，那麼肯定會導致方法在這個類的堆積（大量的switch，if判斷），這既不靈活，也不好維護。如果有了新的方法，拓展了子類，卻還要修改客戶端的判斷，這顯然違背了開放-封閉原則。

通過里氏代換原則，子類必須能夠替換父類而不影響代碼的正常運行；迪米特法則，如果兩個類不直接通信，儘量讓兩個類之間保持松耦合。策略模式的設計，客戶端使用context對象，該對象維護了一個策略實例，實際上變數聲明的是抽象父類或抽象介面（里氏代換原則），用戶通過context對象調用具體策略的方法，而不再通過各個分支判斷new出具體策略實例調用方法。

基本策略模式優點

  • 封裝了變化點，消除客戶端繁雜的條件語句。
  • 符合里氏代換原則、迪米特法則。
  • 提供了統一介面方法，每個子類都是一個策略，方便進行單元測試。

基本策略模式缺點

  • 選擇策略的職責依舊是客戶端承擔，將選擇的策略轉給Context對象。可以實現依賴註入。
  • Context用switch來判斷生成哪個子類實例，每添加一個子類就要修改Context，違反了開放-封閉原則。可以用反射解決。

策略模式為什麼要context

有人說為啥要 context ，乾脆在客戶端聲明介面然後new具體策略不就行了？既然要context肯定有它設計的原因。我認為主要有兩點

  • 可以在context做一些必要工作，難不成你客戶端每次new具體策略前都要寫一遍額外工作的重覆代碼？
  • context用於實現簡單工廠模式。將客戶端判斷分支的邏輯遷移到context中去，那麼每次擴展策略類，只要修改context了。而這個判斷分支的邏輯也能進一步用反射優化，通過反射動態實例化對象，去除分支判斷（具體可以看上面的例子）

什麼是簡單工廠

簡單工廠模式屬於創建型模式的一種。創建型模式隱藏了這些類的實例是如何被創建和放在一起，整個系統關於這些對象所知道的是由抽象類所定義的介面。

案常式序中Context使用了改進後的簡單工廠，客戶端調用set函數，使用了反射技術和依賴註入，Context可以動態生成實例對象。

簡單工廠模式優點

  • 工廠類包含必要邏輯判斷，根據客戶端的選擇條件動態實例化相關的類，對於客戶端來說，去除了與具體產品的依賴。

簡單工廠模式缺點

  • 不符合開放-封閉原則，每一次更改都要更改工廠類。

擴展應用場景

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參考資料


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