理解策略模式：实现一个计算器
策略模式是一种行为设计模式，它允许我们将算法封装在独立的类中，从而实现算法的可替代性。对于计算器应用来说，我们可以将不同的数学运算（如加法、减法、乘法及除法）封装为不同的策略。以下是我们实现一个简单的计算器的步骤。
实现步骤概述
| 步骤 | 描述 |
|---|---|
| 步骤1 | 定义一个策略接口。 |
| 步骤2 | 实现具体策略类：加法、减法、乘法、除法。 |
| 步骤3 | 创建上下文类，用于使用策略。 |
| 步骤4 | 编写客户端代码，使用策略模式实现计算功能。 |
步骤详解
步骤1：定义策略接口
首先，我们需要定义一个策略接口，该接口将规定所有计算策略必须实现的方法。
// 定义一个策略接口
public interface Operation {
double execute(double num1, double num2);
}
Operation：这是一个接口，要求实现类必须有一个execute方法，该方法接受两个double类型参数并返回一个double类型的结果。
步骤2：实现具体策略类
接下来，我们为每一种运算实现一个具体的策略类。
// 加法策略
public class Addition implements Operation {
public double execute(double num1, double num2) {
return num1 + num2; // 返回两个数的和
}
}
// 减法策略
public class Subtraction implements Operation {
public double execute(double num1, double num2) {
return num1 - num2; // 返回两个数的差
}
}
// 乘法策略
public class Multiplication implements Operation {
public double execute(double num1, double num2) {
return num1 * num2; // 返回两个数的积
}
}
// 除法策略
public class Division implements Operation {
public double execute(double num1, double num2) {
if (num2 == 0) {
throw new IllegalArgumentException("Division by zero is not allowed."); // 处理除以零的情况
}
return num1 / num2; // 返回两个数的商
}
}
- 每个策略类实现了
Operation接口，并提供了具体的计算方法。
步骤3：创建上下文类
上下文类将使用到具体的策略。我们需要一个设置策略和执行运算的方法。
// 上下文类
public class Calculator {
private Operation operation;
public void setOperation(Operation operation) {
this.operation = operation; // 设置具体策略
}
public double calculate(double num1, double num2) {
return operation.execute(num1, num2); // 执行运算
}
}
Calculator类通过setOperation方法设置所需的策略，并通过calculate方法执行运算。
步骤4：编写客户端代码
最后，我们可以编写客户端代码来测试我们的计算器。
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Calculator calculator = new Calculator();
// 使用加法策略
calculator.setOperation(new Addition());
System.out.println("Addition: " + calculator.calculate(10, 5));
// 使用减法策略
calculator.setOperation(new Subtraction());
System.out.println("Subtraction: " + calculator.calculate(10, 5));
// 使用乘法策略
calculator.setOperation(new Multiplication());
System.out.println("Multiplication: " + calculator.calculate(10, 5));
// 使用除法策略
calculator.setOperation(new Division());
System.out.println("Division: " + calculator.calculate(10, 5));
}
}
- 在
Main类中，我们创建了一个Calculator实例，依次设置不同的策略并执行计算。
关系图
接下来，我们可以用Mermaid语法展示策略模式的关系图。
erDiagram
Operation ||--o{ Addition : implements
Operation ||--o{ Subtraction : implements
Operation ||--o{ Multiplication : implements
Operation ||--o{ Division : implements
Calculator ||--o{ Operation : uses
旅行图
最后，使用Mermaid语法展示策略的不同应用过程。
journey
title 策略模式 - 计算器
section 加法
客户端设置加法策略: 5: 加法
执行加法运算: 5: 计算器
section 减法
客户端设置减法策略: 5: 减法
执行减法运算: 5: 计算器
section 乘法
客户端设置乘法策略: 5: 乘法
执行乘法运算: 5: 计算器
section 除法
客户端设置除法策略: 5: 除法
执行除法运算: 5: 计算器
总结
通过上述步骤，我们成功实现了一个策略模式下的计算器。这个计算器支持基本的数学运算，并能够轻松扩展以添加更多运算类型。这种设计不仅提高了代码的可维护性和可扩展性，还使得在需求变化时的应对更加灵活。在实际项目中，掌握策略模式的应用是非常重要的，有助于提高代码质量和开发效率。希望这个示例能帮助你理解策略模式的核心理念！
