怎样用C++实现策略模式 函数对象与虚函数的策略实现差异

在c++++中实现策略模式有两种常见方式：使用虚函数和使用函数对象。1. 虚函数实现通过定义抽象策略类和继承接口，结构清晰、易于扩展，但代码量较大且有轻微性能损耗；2. 函数对象实现使用functor、lambda或函数指针，灵活轻量、实现简单，但缺乏统一接口且类型擦除可能带来性能损失。选择虚函数适用于结构复杂、需统一接口的场景，而函数对象适合逻辑简单、需快速切换或结合lambda使用的场景。

在C++中实现策略模式，常见的方法有两种：使用函数对象（functor）和使用虚函数。这两种方式各有优劣，适用于不同的场景。

如果你只是想快速了解它们的区别和如何实现，那下面这些内容应该能帮你理清思路。

用虚函数实现策略模式

虚函数是面向对象语言中最典型的多态实现方式，也是策略模式的“标准”实现方式之一。

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

实现方式：

1. 定义一个抽象策略类，包含一个纯虚函数。
2. 不同的具体策略类继承该抽象类，并实现虚函数。
3. 上下文类持有一个指向策略基类的指针或引用，通过调用虚函数来执行具体策略。

class Strategy { public:     virtual int execute(int a, int b) = 0; };  class AddStrategy : public Strategy { public:     int execute(int a, int b) override { return a + b; } };  class SubStrategy : public Strategy { public:     int execute(int a, int b) override { return a - b; } };  class Context { private:     Strategy* strategy_; public:     void set_strategy(Strategy* s) { strategy_ = s; }     int execute(int a, int b) { return strategy_->execute(a, b); } };

优点：

• 结构清晰，符合OOP设计思想。
• 易于扩展，新增策略只需继承接口。

缺点：

• 需要定义多个类，代码量稍大。
• 性能上由于虚函数表的存在，可能会有轻微性能损耗（通常可以忽略）。

用函数对象实现策略模式

C++中的函数对象（functor）是一种更轻量级的实现方式，尤其适合不需要状态、逻辑简单的策略。

实现方式：

定义多个可调用对象（函数、lambda表达式或重载了

operator()

的类），然后将它们作为参数传入上下文。

struct AddFunctor {     int operator()(int a, int b) { return a + b; } };  struct SubFunctor {     int operator()(int a, int b) { return a - b; } };  class Context { private:     std::function<int(int, int)> strategy_; public:     void set_strategy(std::function<int(int, int)> s) { strategy_ = s; }     int execute(int a, int b) { return strategy_(a, b); } };

使用时可以这样：

Context ctx; ctx.set_strategy(AddFunctor()); std::cout << ctx.execute(5, 3) << std::endl;  ctx.set_strategy(SubFunctor()); std::cout << ctx.execute(5, 3) << std::endl;

你也可以直接传lambda：

ctx.set_strategy([](int a, int b) { return a * b; });

优点：

• 更加灵活，可以使用lambda或普通函数。
• 实现简单，无需继承接口类。
• 可以捕获上下文状态（如果使用lambda）。

缺点：

• 类型擦除（如用

  std::function

  ）可能带来轻微性能损失。

• 策略之间没有统一的接口，不利于集中管理。

虚函数 vs 函数对象：关键差异

• 接口一致性：虚函数强制所有策略遵循同一接口；函数对象则比较自由，不同策略类型可以不一样。
• 灵活性与通用性：函数对象支持更多形式（函数、lambda、仿函数等），而虚函数只能通过继承接口类实现。
• 性能方面：
  • 虚函数调用需要查虚函数表，效率稳定但略低。
  • 函数对象结合

    std::function

    会有一定的运行时开销。

  • Lambda表达式在某些情况下会被优化为内联。
• 状态管理：
  • 如果策略需要保存状态，函数对象配合lambda会更方便。
  • 虚函数类也可以保存状态，但需要额外成员变量。

什么时候选哪种？

• 如果你的策略是长期存在的、结构复杂的，或者需要统一接口，推荐使用虚函数。
• 如果你的策略是临时性的、逻辑简单、希望快速切换，或者想利用lambda简化代码，推荐使用函数对象。

比如，在算法配置、插件系统中，虚函数更有优势；而在回调处理、事件响应等场景中，函数对象更加自然。

基本上就这些。两种方式都能很好地实现策略模式，区别主要在于风格和适用场景。选择哪一种，取决于你对代码结构和灵活性的需求。