C++模板元編程如何實(shí)現(xiàn)策略模式

c++
小樊
81
2024-10-25 05:03:56

在C++中，模板元編程（TMP）是一種在編譯時(shí)執(zhí)行計(jì)算的技術(shù)，它允許程序員編寫在編譯時(shí)生成和優(yōu)化代碼的程序。策略模式是一種行為設(shè)計(jì)模式，它允許在運(yùn)行時(shí)選擇算法的行為。結(jié)合TMP和策略模式，我們可以在編譯時(shí)根據(jù)不同的類型選擇不同的算法實(shí)現(xiàn)。

以下是一個(gè)使用C++模板元編程實(shí)現(xiàn)策略模式的示例：

首先，我們定義一個(gè)策略接口，通常使用純虛函數(shù)表示：

template <typename T>
class Strategy {
public:
    virtual ~Strategy() = default;
    virtual T execute(const T& input) const = 0;
};

然后，我們?yōu)槊糠N具體策略實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口。例如，我們可以有一個(gè)加法策略和一個(gè)乘法策略：

template <typename T>
class AddStrategy : public Strategy<T> {
public:
    T execute(const T& input) const override {
        return input + input;
    }
};

template <typename T>
class MultiplyStrategy : public Strategy<T> {
public:
    T execute(const T& input) const override {
        return input * input;
    }
};

接下來(lái)，我們創(chuàng)建一個(gè)上下文類，它包含一個(gè)指向策略對(duì)象的指針，并使用模板特化來(lái)根據(jù)類型選擇合適的策略：

template <typename T, typename StrategyType = void>
class Context;

template <typename T>
class Context<T, std::enable_if_t<!std::is_same_v<Strategy<T>, MultiplyStrategy<T>>>> {
public:
    Context(Strategy<T>* strategy) : strategy_(strategy) {}

    T execute(const T& input) const {
        return strategy_->execute(input);
    }

private:
    Strategy<T>* strategy_;
};

template <typename T>
class Context<T, std::enable_if_t<std::is_same_v<Strategy<T>, MultiplyStrategy<T>>>> {
public:
    Context(Strategy<T>* strategy) : strategy_(strategy) {}

    T execute(const T& input) const {
        return strategy_->execute(input * input);
    }

private:
    Strategy<T>* strategy_;
};

注意，這里使用了std::enable_if和SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）技術(shù)來(lái)根據(jù)模板參數(shù)的類型選擇不同的上下文類實(shí)現(xiàn)。

最后，我們可以使用這些類來(lái)執(zhí)行不同的策略：

int main() {
    Context<int> addContext(&AddStrategy<int>());
    Context<int> multiplyContext(&MultiplyStrategy<int>());

    int resultAdd = addContext.execute(5);  // 結(jié)果為 5 + 5 = 10
    int resultMultiply = multiplyContext.execute(5);  // 結(jié)果為 5 * 5 = 25

    return 0;
}

在這個(gè)例子中，Context類根據(jù)模板參數(shù)T的類型在編譯時(shí)選擇合適的策略實(shí)現(xiàn)。注意，由于策略模式和模板元編程都是在編譯時(shí)工作的，因此運(yùn)行時(shí)的性能開(kāi)銷非常小。

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