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C++中委托模式怎么实现对象组合替代继承的现代C++方案

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发布： 2025-08-03 10:44:01

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在c++++中，委托模式是一种替代继承实现功能复用和解耦的设计方式，其核心在于将任务交给内部持有的另一个对象执行。1. 使用std::function或lambda表达式实现运行时灵活委托；2. 通过接口类加组合的方式实现策略切换；3. 利用模板实现编译期委托以提升性能；相比继承，它降低了耦合度、提高了扩展性和测试友好性，适用于“有一个”而非“是一个”的场景，但继承在特定情况下仍具优势，关键在于根据设计意图选择合适方案。

C++中委托模式怎么实现对象组合替代继承的现代C++方案

在C++中，委托模式是一种替代继承实现功能复用和解耦的设计方式。相比传统的继承方式，它更灵活、更容易维护，尤其适合现代C++强调对象组合而非类继承的设计理念。

委托模式的基本思想

委托模式的核心在于“将某项任务交给另一个对象去完成”。也就是说，一个类不自己处理某些行为，而是把它们“委托”给内部持有的另一个对象实例来执行。

举个最简单的例子：你想让一个类支持某种算法逻辑，但又不想通过继承某个基类来获得这个能力。这时候你就可以在这个类里面放一个该算法的实例，并在需要时调用它。

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这种方式有几个好处：

避免了继承带来的紧耦合
更容易在运行时切换实现（比如策略模式）
有利于单元测试和代码维护

如何用C++实现委托模式

1. 使用函数对象或lambda表达式作为委托

C++中的

std::function

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和lambda表达式非常适合做委托。你可以定义一个类，其中包含一个

std::function<返回类型(参数列表)>

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类型的成员变量，在构造或运行时设置具体的实现。

#include <functional>
#include <iostream>

class Worker {
public:
    using Task = std::function<void()>;

    void setTask(Task task) {
        task_ = std::move(task);
    }

    void doWork() {
        if (task_) task_();
    }

private:
    Task task_;
};

// 使用示例
int main() {
    Worker worker;
    worker.setTask([]{ std::cout << "Doing work via lambda\n"; });
    worker.doWork(); // 输出: Doing work via lambda
}

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这种方式的好处是灵活，可以传入任意符合签名的函数对象，包括普通函数、lambda、绑定表达式等。

2. 使用接口类 + 组合的方式实现委托

如果你希望封装更复杂的逻辑，也可以使用接口类（抽象类）加组合的方式来实现委托。这种做法类似于策略模式。

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class Strategy {
public:
    virtual void execute() = 0;
    virtual ~Strategy() = default;
};

class ConcreteStrategyA : public Strategy {
public:
    void execute() override {
        std::cout << "Executing strategy A\n";
    }
};

class Context {
public:
    explicit Context(std::unique_ptr<Strategy> strategy)
        : strategy_(std::move(strategy)) {}

    void run() {
        strategy_->execute();
    }

private:
    std::unique_ptr<Strategy> strategy_;
};

// 使用示例
int main() {
    auto context = std::make_unique<Context>(std::make_unique<ConcreteStrategyA>());
    context->run(); // 输出: Executing strategy A
}

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这种方法更适合有多个实现变体的场景，也更容易扩展和替换具体实现。

3. 结合模板实现编译期委托

如果你希望进一步减少运行时开销，可以用模板来实现编译期的委托：

template<typename Strategy>
class Worker {
public:
    void doWork() {
        strategy_.doSomething();
    }

private:
    Strategy strategy_;
};

struct PrintStrategy {
    void doSomething() {
        std::cout << "Print strategy\n";
    }
};

// 使用示例
int main() {
    Worker<PrintStrategy> worker;
    worker.doWork(); // 输出: Print strategy
}

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这种方式在编译时就确定了委托的具体类型，性能更好，但也牺牲了一定的灵活性。

委托模式 vs 继承：选哪个？

特性	继承	委托
耦合度	高（子类依赖父类）	低（可动态替换）
扩展性	固定结构	可插拔设计
多态支持	编译/运行时多态	运行时多态更灵活
测试友好	不太方便	易于mock和替换