C++如何使用模板实现算法策略模式

模板策略模式通过编译期多态替代运行时虚函数调用，提升性能。1. 策略模式将算法行为参数化，模板方式以Strategy为参数，执行strategy.doAction()；2. 不同策略类如FastStrategy、SlowStrategy只需提供doAction接口，无需共同基类；3. 使用时通过Algorithm<FastStrategy>等实例化，在编译期确定行为，生成专用代码；4. 优势包括零运行时开销、类型安全、灵活组合和易优化，适用于数学计算等性能敏感场景。该模式体现C++的“鸭子类型”思想，是现代C++常见惯用法。

在C++中，模板可以用来实现一种编译期的策略模式，这种方式比传统的运行时多态更高效，因为它避免了虚函数调用的开销。通过模板参数传入不同的策略类，算法在编译期就能确定具体行为，实现静态多态。

1. 策略模式的基本思想

策略模式允许一个算法的行为可以在运行时或编译时被切换。传统做法使用基类指针和虚函数，而模板方式则将策略作为模板参数传入：

class Algorithm {

  public:

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    void execute() {

      strategy.doAction();

    }

  private:

    Strategy strategy;

};

2. 定义多个策略类

每个策略只需提供相同接口的 doAction 方法，无需继承公共基类：

struct FastStrategy {

  void doAction() { /* 快速但耗资源 */ }

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};

struct SlowStrategy {

  void doAction() { /* 慢但省资源 */ }

};

3. 使用模板策略

在编译期选择具体策略，生成专用代码：

Algorithm<FastStrategy> algo1;

algo1.execute(); // 调用 FastStrategy::doAction

Algorithm<SlowStrategy> algo2;

algo2.execute(); // 调用 SlowStrategy::doAction

编译器为每种策略生成独立的 Algorithm 实例，调用是内联友好的，性能高。

4. 优势与适用场景

这种基于模板的策略模式有以下优点：

• 零运行时开销：无虚函数表，调用可被内联
• 类型安全：策略接口在编译期检查
• 灵活组合：策略可以是函数对象、lambda 或普通类
• 易于优化：编译器清楚知道每个调用目标

适合用于性能敏感场景，比如数学计算、排序、序列化等需要切换算法逻辑的地方。

基本上就这些。模板策略模式利用泛型编程实现了行为的解耦，同时保持高性能，是现代C++中常见的惯用法之一。不复杂但容易忽略的是，策略类之间不需要任何继承关系，只要接口兼容即可。这就是所谓的“鸭子类型”在C++中的体现。

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