智能指针之设计模式3

这次我们看一下智能指针是如何使用策略模式来释放资源的，同时又是如何扩展功能，管理更多的资源对象类型的。

3、策略模式

策略模式作为一种软件设计模式，指对象有某个行为，但是在不同的应用场景中，该行为有不同的实现算法。它的意图是：定义一系列算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可相互替换，算法可独立于使用它的客户而变化。

下面是它的结构图：

组成结构：
—Stragety（抽象策略角色）： 策略类，定义算法的公共接口。
—ConcreteStragety（具体策略角色）：具体策略类，实现某种具体算法。
—Context（环境上下文角色）：持有一个策略类的引用，最终给客户端调用。

本质上就是在C++中，一个Stragety基类定义了虚函数（即算法），它的不同ConcreteStragety派生类重写了虚函数的实现，而Context类中有一个Stragety引用类型的数据成员，可以存放不同的派生类对象，它可以调用基类数据成员的虚函数，并不知道数据成员的实际类型，显然这是面向对象动态绑定机制，这样各个派生类ConcreteStragety对象可以互相替换，不会对Context有任何影响。

我们看一下智能指针的删除器，它的功能是为智能指针提供释放资源的方法，有不同的形式和类型，智能指针会在它的reset()成员函数和析构函数中调用删除器，也不关心是什么形式的删除器，只要能调用它的void operator()(T *ptr)操作符就行。

我们再次脑洞大开一下，把一个提供了形如void operator()(T *ptr)调用操作符的函数对象类看作是策略基类，它定义了具体策略类所要实现的接口功能。如同上一篇文章中使用面向对象技术把指针封装成一个类一样，同样，现在也把删除器封装成一个函数对象类，作为抽象策略基类。如下所示：

class deleter {
public:void operator()(T *ptr);
}

该类对象的核心功能是：void operator()(T *ptr)，等同于策略模式中的算法，供智能指针对象调用来销毁资源对象，只要一个类提供了参数是指针类型没有返回值的可调用操作符，都可以算作是它的派生类。

显然，对于普通函数：

void deleter_func(T *ptr) {delete ptr;
}

函数对象：

class deleter_func_obj {
public:void operator()(T *ptr) {delete ptr;}
}

lambda表达式：

auto deleter_lambda = [](T *ptr) {delete ptr};

以及function对象：

function<void(T *ptr)> func = bind(xxxx);

它们都提供了符合要求的可调用对象的函数接口，用面向对象术语的话，可以说它们都是deleter类的派生类，它们都被看作是具体的策略类对象，提供了不同的算法。那么在创建unique_ptr或者shared_ptr对象时，均可以选择一个作为参数传入，它们是可以互相替换的。显然，这正是策略模式背后所体现的思想，可以让智能指针灵活地支持多种类型的删除器，在这里，智能指针unique_ptr和shared_ptr对应了context环境角色，而删除器deleter对应了stragety策略角色。

这种模式的好处：

首先，可以使用不同形式的删除器。
显然，可以使用函数指针、函数对象、lambda表达式，以及function对象等不同形式来创建deleter对象，不管它们的外在形式如何，只要实现了void (T *ptr)方法，都可以在创建智能指针时选择一个作为策略对象传入，在需要的时候调用它们。

其次，可以扩展智能指针的功能。
策略模式中，可以把context角色类比为一个基类对象，而strategy角色就是派生类对象要实现的虚函数，只不过不是通过继承基类来实现虚函数功能，而是把要实现的虚函数封装成strategy对象，然后传入contex中去回调，显然这样也等同于使用不同的stragety扩展了context的不同功能。

我们知道，智能指针可以管理不同形式的资源，资源对象可以是数组，可以是普通对象、可以来自堆中，可以来自栈中，在释放时，有的需要使用delete操作符，有的需要使用free()函数，有的需要使用close()函数。比如unique_ptr类，它是C++标准库提供的类型，无法修改它的源码，它是怎样做到能够管理更多的资源的？

看一下deleter角色，它的接口需要一个参数T *ptr，这个参数就是智能指针对象所管理的资源对象，在调用deleter时由智能指针作为参数传入ptr。因此，deleter知道ptr的一切信息，完全可以使用ptr做一些具体的算法逻辑操作，相当于扩展了智能指针对象的功能：只要deleter对象根据参数类型实现不同的功能，智能指针又调用deleter，不就是它实现了该功能吗。

传入不同的deleter对象，也等同于扩展了智能指针的不同功能。这样，智能指针不但可以管理内存资源，而且可以管理句柄、socket、文件指针、文件描述符等其它形式的资源。

下面一个演示，通过lambda表达式实现了关闭文件指针的操作，unique_ptr使用它扩展了自己的功能：也可以管理FILE文件指针资源了。

FILE *file = fopen("/tmp/tmp.txt", "r"); // 分配FILE资源
unique_ptr<FILE, void(*)(FILE *)> fup(file, [](FILE *file) {fclose(file);
});