「C++ 篇」答应我,别再 if else 走天下了可以吗

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发布于: 2020 年 08 月 18 日
「C++ 篇」答应我,别再 if else 走天下了可以吗

正文

糟糕 if / else 连环



if / else 可以说是我们学习编程时,第一个学习的分支语句,简单易理解,生活中也处处有的 if / else 例子:



老婆给当程序员的老公打电话:“下班顺路买一斤包子带回来,如果看到卖西瓜的,买一个。”



当晚,程序员老公手捧一个包子进了家门。。。

老婆怒道:“你怎么就买了一个包子?!”

老公答曰:“因为看到了卖西瓜的。”



老婆的思维:



买一斤包子;
if( 看到卖西瓜的 )
买一只( 西瓜 );



而程序员老公的程序:



if( ! 看见卖西瓜的 )
买一斤包子;
else
买一只( 包子 );



非常生生动动的生活例子!如果身为程序员的你,犯了同样的思维错误,别继续问你媳妇为什么,问就是跪键盘





进入本文正题。考虑以下栗子:一般来说我们正常的后台管理系统都有所谓的角色的概念,不同管理员权限不一样,能够行使的操作也不一样。

  • 系统管理员( ROLE_ROOT_ADMIN ):有 A 操作权限

  • 订单管理员( ROLE_ORDER_ADMIN ):有 B 操作权限

  • 普通用户( ROLE_NORMAL ):有 C 操作权限



假设一个用户进来,我们需要根据不同用户的角色来判断其有哪些行为。使用过多 if / else 连环写法的我们,肯定下意识就觉得,这不简单嘛,我上演一套连环的写法:



class JudgeRole
{
public:
std::string Judge( std::string roleName )
{
std::string result = "";
if( roleName == "ROLE_ROOT_ADMIN" ) // 系统管理员
{
result = roleName + "has A permission";
}
else if( roleName == "ROLE_ORDER_ADMIN" ) // 订单管理员
{
result = roleName + "has B permission";
}
else if( roleName == "ROLE_NORMAL" ) // 普通用户
{
result = roleName + "has C permission";
}
return result;
}
};



当系统里有几十个角色,那岂不是几十个 if / else 嵌套,这个视觉效果绝对酸爽……这种实现方式非常的不优雅。



别人看了这种代码肯定大声喊:“我X,哪个水货写的!”



这时你听到,千万不要说:“那我改成 switch / case”。千万别说,千万别说哦,否则可能拎包回家了……



因为 switch / caseif / else 毛区别都没,都是写费劲、难阅读、不易扩展的代码



接下来简单讲几种改进方式,别再 if / else 走天下了。




工厂模式 —— 它不香吗?



不同的角色做不同的事情,很明显就提供了使用工厂模式的契机,我们只需要将不同情况单独定义好,并聚合到工厂里面即可。



首先,定义一个公用接口 RoleOperation,类里有一个纯虚函数 Op,供派生类(子类)具体实现:



// 基类
class RoleOperation
{
public:
virtual std::string Op() = 0; // 纯虚函数
virtual ~RoleOperation() {} // 虚析构函数
};



接下来针对不同的角色类,继承基类,并实现 Op 函数:



// 系统管理员(有 A 操作权限)
class RootAdminRole : public RoleOperation {
public:
RootAdminRole(const std::string &roleName)
: m_RoleName(roleName) {}
std::string Op() {
return m_RoleName + " has A permission";
}
private:
std::string m_RoleName;
};
// 订单管理员(有 B 操作权限)
class OrderAdminRole : public RoleOperation {
public:
OrderAdminRole(const std::string &roleName)
: m_RoleName(roleName) {}
std::string Op() {
return m_RoleName + " has B permission";
}
private:
std::string m_RoleName;
};
// 普通用户(有 C 操作权限)
class NormalRole : public RoleOperation {
public:
NormalRole(const std::string &roleName)
: m_RoleName(roleName) {}
std::string Op() {
return m_RoleName + " has C permission";
}
private:
std::string m_RoleName;
};



接下来在写一个工厂类 RoleFactory,提供两个接口:

  • 用以注册角色指针对象到工厂的 RegisterRole 成员函数

  • 用以获取对应角色指针对象的 GetRole 成员函数



// 角色工厂
class RoleFactory {
public:
// 获取工厂单例,工厂的实例是唯一的
static RoleFactory& Instance() {
static RoleFactory instance; // C++11 以上线程安全
return instance;
}
// 把指针对象注册到工厂
void RegisterRole(const std::string& name, RoleOperation* registrar) {
m_RoleRegistry[name] = registrar;
}
// 根据名字name,获取对应的角色指针对象
RoleOperation* GetRole(const std::string& name) {
std::map<std::string, RoleOperation*>::iterator it;
// 从map找到已经注册过的角色,并返回角色指针对象
it = m_RoleRegistry.find(name);
if (it != m_RoleRegistry.end()) {
return it->second;
}
return nullptr; // 未注册该角色,则返回空指针
}
private:
// 禁止外部构造和虚构
RoleFactory() {}
~RoleFactory() {}
// 禁止外部拷贝和赋值操作
RoleFactory(const RoleFactory &);
const RoleFactory &operator=(const RoleFactory &);
// 保存注册过的角色,key:角色名称 , value:角色指针对象
std::map<std::string, RoleOperation *> m_RoleRegistry;
};



把所有的角色注册(聚合)到工厂里,并封装成角色初始化函数InitializeRole



void InitializeRole() // 初始化角色到工厂
{
static bool bInitialized = false;
if (bInitialized == false) {
// 注册系统管理员
RoleFactory::Instance().RegisterRole("ROLE_ROOT_ADMIN", new RootAdminRole("ROLE_ROOT_ADMIN"));
// 注册订单管理员
RoleFactory::Instance().RegisterRole("ROLE_ORDER_ADMIN", new OrderAdminRole("ROLE_ORDER_ADMIN"));
// 注册普通用户
RoleFactory::Instance().RegisterRole("ROLE_NORMAL", new NormalRole("ROLE_NORMAL"));
bInitialized = true;
}
}



接下来借助上面这个工厂,业务代码调用只需要一行代码,if / else 被消除的明明白白:



class JudgeRole {
public:
std::string Judge(const std::string &roleName) {
return RoleFactory::Instance().GetRole(roleName)->Op();
}
};



需要注意:在使用 Judge 时,要先调用初始化所有角色 InitializeRole 函数(可以放在 main 函数开头等):



int main() {
InitializeRole(); // 优先初始化所有角色到工厂
JudgeRole judgeRole;
std::cout << judgeRole.Judge("ROLE_ROOT_ADMIN") << std::endl;
std::cout << judgeRole.Judge("ROLE_ORDER_ADMIN") << std::endl;
std::cout << judgeRole.Judge("ROLE_NORMAL") << std::endl;
}



通过工厂模式实现的方式,想扩展条件也很容易,只需要增加新代码,而不需要改动以前的业务代码,非常符合「开闭原则」。



不知道小伙伴发现了没有,上面实现工厂类,虽然看来去井然有序,但是当使用不当时会招致程序奔溃,那么是什么情况会发生呢?



我们先来分析上面的工厂类对外的两个接口:

  • RegisterRole 注册角色指针对象到工厂

  • GetRole 从工厂获取角色指针对象



难道是指针对象没有释放导致资源泄露?不,不是这个问题,我们也不必手动去释放指针,因为上面的工厂是「单例模式」,它的生命周期是从第一次初始化后到程序结束,那么程序结束后,操作系统自然就会回收工厂类里的所有指针对象资源。



但是当我们手动去释放从工厂获取的角色指针对象,那么就会有问题了:



RoleOperation* pRoleOperation = RoleFactory::Instance().GetRole(roleName);
...
delete pRoleOperation; // 手动去释放指针对象



如果我们手动释放了指针对象,也就导致工厂里 map 中存放的指针对象指向了,当下次再次使用时,就会招致程序奔溃!如下面的例子:



class JudgeRole {
public:
std::string Judge(const std::string &roleName) {
RoleOperation *pRoleOperation = RoleFactory::Instance().GetRole(roleName);
std::string ret = pRoleOperation->Op();
delete pRoleOperation; // 手动去释放指针对象
return ret;
}
};
int main() {
InitializeRole(); // 优先初始化所有角色到工厂
JudgeRole judgeRole;
std::cout << judgeRole.Judge("ROLE_ROOT_ADMIN") << std::endl;
std::cout << judgeRole.Judge("ROLE_ROOT_ADMIN") << std::endl; // 错误!程序会奔溃退出!
return 0;
}



上面的代码在使用第二次 ROLE_ROOT_ADMIN 角色指针对象时,就会招致程序奔溃,因为 ROLE_ROOT_ADMIN 角色指针对象已经在第一次使用完后,被手动释放指针对象了,此时工厂 map 存放的就是空指针了。



可否优化呢?因为有的程序员是会手动释放从工厂获取的指针对象的。



上面的工厂类的缺陷就在于,new 初始化的指针对象只初始化了一次,如果手动 释放了指针对象,就会导致此指针对象指向空,再次使用就会导致系统奔溃。



为了改进这个问题,那么我们把 new 初始化方式放入工厂类获取指针对象的成员函数里,这也就每次调用该成员函数时,都是返回新 new 初始化过的指针对象,那么这时外部就需要由手动释放指针对象了



下面的工厂类,改进了上面问题,同时采用模板技术,进一步对工厂类进行了封装,使得不管是角色类,还是其他类,只要存在多态特性的类,都可以使用此工厂类,可以说是「万能」的工厂类了:





接下来把新的「万能」工厂模板类,使用到本例的角色对象。



把角色注册(聚合)到工厂的方式是构造 ProductRegistrar 对象 ,使用时需注意:

  • 模板参数 ProductType_t 指定的是基类(如本例 RoleOperation

  • 模板参数 ProductImpl_t 指定的是派生类(如本例 RootAdminRole、OrderAdminRole 和 NormalRole



我们使用新的注册(聚合)方式,对 InitializeRole 初始化角色函数改进下,参见下面:



void InitializeRole() // 初始化角色到工厂
{
static bool bInitialized = false;
if (bInitialized == false) {
// 注册系统管理员
static ProductRegistrar<RoleOperation, RootAdminRole> rootRegistrar("ROLE_ROOT_ADMIN");
// 注册订单管理员
static ProductRegistrar<RoleOperation, OrderAdminRole> orderRegistrar("ROLE_ORDER_ADMIN");
// 注册普通用户
static ProductRegistrar<RoleOperation, NormalRole> normalRegistrar("ROLE_NORMAL");
bInitialized = true;
}
}



从工厂获取角色指针对象的函数是 GetProduct,需注意的是:

  • 使用完角色指针对象后,需手动 delete 资源。



我们使用新的获取角色对象的方式,对 Judge 函数改进下,参见下面:



class JudgeRole {
public:
std::string Judge(const std::string &roleName) {
ProductFactory<RoleOperation>& factory = ProductFactory<RoleOperation>::Instance();
// 从工厂获取对应的指针对象
RoleOperation *pRoleOperation = factory.GetProduct(roleName);
// 调用角色的对应操作权限
std::string result = pRoleOperation->Op();
// 手动释放资源
delete pRoleOperation;
return result;
}
};



唔,每次都手动释放资源这种事情,会很容易遗漏。如果我们遗漏了,就会招致了内存泄漏。为了避免此概率事情的发生,我们用上「智能指针],让它帮我们管理吧:



class JudgeRole {
public:
std::string Judge(const std::string &roleName) {
ProductFactory<RoleOperation>& factory = ProductFactory<RoleOperation>::Instance();
std::shared_ptr<RoleOperation> pRoleOperation(factory.GetProduct(roleName));
return pRoleOperation->Op();
}
};



采用了 std::shared_ptr 引用计数智能指针,我们不在需要时刻记住要手动释放资源的事情啦(我们通常都会忘记……),该智能指针会在当引用次数为 0 时,自动会释放掉指针资源



来,我们接着来,除了工厂模式,策略模式也不妨试一试


策略模式 —— 它不香吗?



策略模式和工厂模式写起来其实区别也不大!策略模式也采用了面向对象的继承和多态机制



在上面工厂模式代码的基础上,按照策略模式的指导思想,我们也来创建一个所谓的策略上下文类,这里命名为 RoleContext



class RoleContext {
public:
RoleContext(RoleOperation *operation) : m_pOperation(operation) {
}
~RoleContext() {
if (m_pOperation) {
delete m_pOperation;
}
}
std::string execute() {
return m_pOperation->Op();
}
private:
// 禁止外部拷贝和赋值操作
RoleContext(const RoleContext &);
const RoleContext &operator=(const RoleContext &);
RoleOperation *m_pOperation;
};



很明显上面传入的参数 operation 就是表示不同的「策略」。我们在业务代码里传入不同的角色,即可得到不同的操作结果:



class JudgeRole {
public:
std::string Judge(RoleOperation *pOperation) {
RoleContext roleContext(pOperation);
return roleContext.execute();
}
};
int main() {
JudgeRole judgeRole;
std::cout << judgeRole.Judge(new RootAdminRole("ROLE_ROOT_ADMIN")) << std::endl;
std::cout << judgeRole.Judge(new OrderAdminRole("ROLE_ORDER_ADMIN")) << std::endl;
std::cout << judgeRole.Judge(new NormalRole("ROLE_NORMAL")) << std::endl;
return 0;
}



当然,上面策略类还可以进一步优化:

  • 用模板技术进一步封装,使其不限制于角色类。



// 策略类模板
// 模板参数 ProductType_t,表示的是基类
template <class ProductType_t>
class ProductContext {
public:
ProductContext(ProductType_t *operation)
: m_pOperation(operation) {
}
~ProductContext() {
if (m_pOperation) {
delete m_pOperation;
}
}
std::string execute() {
return m_pOperation->Op();
}
private:
// 禁止外部拷贝和赋值操作
ProductContext(const ProductContext &);
const ProductContext &operator=(const ProductContext &);
ProductType_t* m_pOperation;
};



使用方式,没太大差别,只需要指定类模板参数是基类(如本例 RoleOperation) 即可:



class JudgeRole {
public:
std::string Judge(RoleOperation *pOperation) {
ProductContext<RoleOperation> roleContext(pOperation);
return roleContext.execute();
}
};




共勉

C++ 和 Java 语言都是面向对象编程的方式,所以都是可以通过面向对象和多态特性降低代码的耦合性,同时也可使得代码易扩展。所以对于写代码事情,不要着急下手,先思考是否有更简单、更好的方式去实现。



C++ 之父 Bjarne Stroustrup 曾经提及过程序员的三大美德是懒惰、急躁、傲慢,其中之一的懒惰这个品质,就是告知我们要花大力气去思考,避免消耗过多的精力个体力(如敲代码)。


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