设计模式-代理模式-C++

一、引言

代理模式（Proxy Pattern）是一种结构型设计模式，通过为其他对象提供一个代理，以控制对这个对象的访问。代理可以在客户端和目标对象之间充当中介，允许对目标对象的操作和方法进行某种程度的控制和增强，从而提高系统的灵活性和可复用性。

二、使用场景

1. 懒加载：当对象的创建成本很高，而在实际使用中不是每次都有必要使用该对象时，可以使用代理模式来延迟加载对象，避免不必要的资源消耗。

2. 权限控制：代理可以实现对目标对象的权限控制，确保只有授权的请求能够访问真实对象。

3. 远程代理：在分布式系统中，代理模式可以用于在客户端与远程对象之间提供通信，而无需客户端直接处理远程对象的具体细节（例如网络通信）。

4. 缓存代理：通过代理模式，可以实现对计算结果或耗时操作结果的缓存，减少重复计算，提高系统性能。

三、模式分类

• 静态代理：通过手动编写代理类，明确指定代理关系，适用于代理类相对固定的场景。
• 动态代理：通过使用反射或其它机制在运行时创建代理，适用于代理对象不固定或具体类未知的场景。

四、优缺点

优点

• 控制访问：代理模式可以帮助管理对真实对象的访问，通过转发请求进行额外处理（例如日志、权限验证）。
• 增强功能：通过代理可以添加额外的功能，例如处理日志、缓存、权限等，而不需要修改目标对象的代码。
• 简化复杂接口：特殊权限的对象借助代理使得客户端可以使用简单的接口来与复杂系统进行交互。

缺点

• 增加系统复杂性：引入代理类可能使系统变得复杂，并引入额外的类和接口。
• 可能导致性能开销：代理模式中存在额外的层会带来性能损失，尤其是在大量请求和复杂方法处理时，代理层的调用可能影响整体性能。
• 易出错：在实现动态代理时，处理设计细节繁琐，容易引入问题，例如方法签名不一致等。

五、代码示例

以下是一个简单的代理模式的C++实现示例。

#include <iostream>
#include <memory>

// 抽象主题接口
class Subject {
public:
    virtual void request() = 0; // 抽象请求方法
};

// 真实主题类
class RealSubject : public Subject {
public:
    void request() override {
        std::cout << "Request handled by RealSubject." << std::endl;
    }
};

// 代理类
class Proxy : public Subject {
private:
    std::shared_ptr<RealSubject> realSubject;

public:
    Proxy(std::shared_ptr<RealSubject> realSubject) : realSubject(realSubject) {}

    void request() override {
        std::cout << "Proxy: Preprocessing before request." << std::endl;
        realSubject->request(); // 实际处理
        std::cout << "Proxy: Postprocessing after request." << std::endl;
    }
};

int main() {
    auto realSubject = std::make_shared<RealSubject>();
    Proxy proxy(realSubject);

    proxy.request(); // 通过代理执行请求

    return 0;
}

代码解析

1. Subject：定义了一个抽象主题接口，包含请求方法 request()，所有实现类需实现该方法。

2. RealSubject：实现了 Subject 接口，代表目标对象，实际执行请求的类。

3. Proxy：实现了 Subject 接口，通过持有对 RealSubject 的引用，延迟处理真实请求，在调用的前后可以进行处理。

4. main()：在主函数中，首先创建一个真实主题对象的实例，然后用代理对象来处理请求，输出请求的前后处理信息。

六、模式总结

代理模式通过提供一个中介层，控制访问真实对象，有效地打开和封装了一系列的功能，简化了接口并增强了访问控制。它在实际开发中被广泛使用，尤其是在涉及权限验证、网络操作等方面。

尽管代理模式有其优点，比如提供了更强的控制力和必要的扩展性，但在引入时需要注意系统复杂性的控制，以及对性能的影响。适当使用代理模式能显著提高系统的灵活性和可扩展性，是软件设计中的一种重要工具。