面试题：C++抽象基类在复杂设计模式中的应用

Question

在设计模式中，抽象基类经常扮演重要角色。以策略模式为例，阐述如何使用抽象基类来定义一系列算法的抽象，以及如何在具体环境中通过派生类实现不同的策略。请详细说明涉及到的类结构、成员函数以及对象交互过程，同时分析这种设计方式的优点和可能存在的缺点。

Answer 1

1. 类结构

• 抽象基类：定义了一系列算法的抽象接口。例如，在策略模式中，可命名为Strategy抽象基类。
• 具体派生类：继承自抽象基类，实现具体的算法策略。如ConcreteStrategyA、ConcreteStrategyB等。
• 上下文类：持有一个抽象基类的指针或引用，用于调用具体策略。

2. 成员函数

• 抽象基类：
  • 包含纯虚函数，这些函数定义了具体策略需要实现的接口。例如virtual void execute() = 0;，不同的策略将以不同方式实现此execute函数。
• 具体派生类：
  • 实现抽象基类中的纯虚函数。例如ConcreteStrategyA类会实现void execute() { /*具体策略A的实现代码*/ }。
• 上下文类：
  • 包含一个指向抽象基类的成员变量，例如Strategy* strategy;。
  • 提供设置策略的函数，如void setStrategy(Strategy* newStrategy) { strategy = newStrategy; }。
  • 提供调用策略的函数，如void contextExecute() { if(strategy) strategy->execute(); }。

3. 对象交互过程

1. 创建具体策略对象，如ConcreteStrategyA* strategyA = new ConcreteStrategyA();
2. 创建上下文对象，如Context context;
3. 将具体策略对象设置到上下文对象中，context.setStrategy(strategyA);
4. 上下文对象调用策略，context.contextExecute();，此时会执行ConcreteStrategyA的execute方法。如果之后想切换策略，可创建新的具体策略对象并设置到上下文对象中，如ConcreteStrategyB* strategyB = new ConcreteStrategyB(); context.setStrategy(strategyB);，再次调用contextExecute就会执行ConcreteStrategyB的execute方法。

4. 优点

• 可维护性高：具体策略的实现与上下文分离，当需要修改某个策略时，只需修改对应的具体派生类，不影响其他部分。
• 可扩展性强：新增策略非常容易，只需创建一个新的派生类并实现抽象基类的接口即可，符合开闭原则。
• 灵活性好：上下文可以在运行时动态切换策略，根据不同的情况使用不同的算法。

5. 可能存在的缺点

• 增加系统复杂性：引入了抽象基类和多个派生类，使得类的数量增多，系统结构变得复杂，对于简单场景可能过度设计。
• 客户端需要了解策略细节：客户端需要知道有哪些具体策略可供选择，并负责创建和设置具体策略对象，增加了客户端的使用难度。