在C++中,模板元編程(TMP)是一種在編譯時執行計算的技術,它允許程序員編寫在編譯時生成和優化代碼的程序。策略模式是一種行為設計模式,它允許在運行時選擇算法的行為。結合TMP和策略模式,我們可以在編譯時根據不同的類型選擇不同的算法實現。
以下是一個使用C++模板元編程實現策略模式的示例:
首先,我們定義一個策略接口,通常使用純虛函數表示:
template <typename T>
class Strategy {
public:
virtual ~Strategy() = default;
virtual T execute(const T& input) const = 0;
};
然后,我們為每種具體策略實現這個接口。例如,我們可以有一個加法策略和一個乘法策略:
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,我們創建一個上下文類,它包含一個指向策略對象的指針,并使用模板特化來根據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)技術來根據模板參數的類型選擇不同的上下文類實現。
最后,我們可以使用這些類來執行不同的策略:
int main() {
Context<int> addContext(&AddStrategy<int>());
Context<int> multiplyContext(&MultiplyStrategy<int>());
int resultAdd = addContext.execute(5); // 結果為 5 + 5 = 10
int resultMultiply = multiplyContext.execute(5); // 結果為 5 * 5 = 25
return 0;
}
在這個例子中,Context
類根據模板參數T
的類型在編譯時選擇合適的策略實現。注意,由于策略模式和模板元編程都是在編譯時工作的,因此運行時的性能開銷非常小。