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C++设计模式之结构型模式：代理模式（Proxy）

news 2025/9/29 6:44:58

代理模式（Proxy）是结构型设计模式的一种，它通过提供一个替代对象来控制对原对象的访问，常用于在不改变原对象的前提下，为其添加额外功能（如权限控制、延迟加载、日志记录等）。这种模式类似于现实生活中的“代理人”或“中介”，客户端通过代理与目标对象交互。

一、核心思想与角色

代理模式的核心是“控制访问，增强功能”，通过引入代理对象，在客户端与目标对象之间建立一层中间层。其核心角色如下：

角色名称	核心职责
抽象主题（Subject）	定义目标对象和代理对象的共同接口，确保代理可替代目标对象。
真实主题（RealSubject）	实现抽象主题接口，是被代理的真实对象，包含核心业务逻辑。
代理（Proxy）	实现抽象主题接口，内部持有真实主题的引用，在调用真实主题方法前后添加额外逻辑（如权限校验）。
客户端（Client）	通过抽象主题接口与代理交互，无需知道代理背后是否是真实对象。

核心思想：代理与真实对象实现相同接口，客户端无需区分两者；代理在转发请求的同时，可添加额外操作，实现对真实对象的访问控制和功能增强。

二、实现示例（图片加载代理）

假设我们需要加载大型图片（如高清图片），直接加载可能消耗大量资源且耗时。使用代理模式可实现“延迟加载”（仅在需要显示时才真正加载图片），并添加日志记录功能：

#include <iostream>
#include <string>// 1. 抽象主题（Subject）：图片
class Image {
public:virtual void display() const = 0; // 显示图片virtual ~Image() = default;
};// 2. 真实主题（RealSubject）：高清图片
class HighResolutionImage : public Image {
private:std::string filename; // 图片文件名// 真实加载图片（耗时操作）void loadFromDisk() const {std::cout << "从磁盘加载高清图片：" << filename << std::endl;}public:HighResolutionImage(const std::string& name) : filename(name) {// 构造函数不加载图片（延迟到display时）}// 显示图片（实际加载并显示）void display() const override {loadFromDisk(); // 真实加载std::cout << "显示高清图片：" << filename << std::endl;}
};// 3. 代理（Proxy）：图片代理
class ImageProxy : public Image {
private:HighResolutionImage* realImage; // 真实图片对象（延迟初始化）std::string filename;           // 图片文件名std::string userRole;           // 用户角色（用于权限控制）// 检查权限bool hasPermission() const {return userRole == "admin" || userRole == "viewer";}public:// 构造函数：仅存储文件名和用户角色，不创建真实对象ImageProxy(const std::string& name, const std::string& role): realImage(nullptr), filename(name), userRole(role) {}// 显示图片：代理控制逻辑void display() const override {// 1. 权限校验if (!hasPermission()) {std::cout << "权限不足：用户" << userRole << "无法查看图片" << std::endl;return;}// 2. 延迟加载：仅在需要时创建真实对象if (!realImage) {realImage = new HighResolutionImage(filename);std::cout << "代理：创建真实图片对象" << std::endl;}// 3. 日志记录std::cout << "代理：记录图片访问 - " << filename << std::endl;// 4. 调用真实对象的方法realImage->display();}// 析构函数：释放真实对象~ImageProxy() override {delete realImage;}
};// 客户端代码：通过代理访问图片
int main() {// 1. 无权限用户访问Image* proxy1 = new ImageProxy("vacation.jpg", "guest");std::cout << "=== 游客访问 ===" << std::endl;proxy1->display();// 2. 有权限用户访问（首次加载）Image* proxy2 = new ImageProxy("vacation.jpg", "viewer");std::cout << "\n=== 查看者首次访问 ===" << std::endl;proxy2->display();// 3. 有权限用户再次访问（复用真实对象）std::cout << "\n=== 查看者再次访问 ===" << std::endl;proxy2->display();// 释放资源delete proxy1;delete proxy2;return 0;
}

三、代码解析

抽象主题（Image）：定义了display()接口，是真实图片和代理的共同基类，确保代理可替代真实对象。
真实主题（HighResolutionImage）：实现了高清图片的核心功能，loadFromDisk()是耗时操作（模拟大型图片加载），display()负责实际显示。
代理（ImageProxy）：
- 权限控制：hasPermission()检查用户是否有权限访问图片，无权限则拒绝请求。
- 延迟加载：仅在首次调用display()且有权限时，才创建HighResolutionImage对象，避免不必要的资源消耗。
- 日志记录：在调用真实对象方法前记录访问日志。
- 转发请求：最终调用真实对象的display()方法，完成核心功能。
客户端使用：客户端通过Image接口与代理交互，无需知道是否使用了代理，实现了对真实对象的透明访问。

四、常见代理类型与适用场景

代理模式有多种变体，根据功能不同可分为：

代理类型	核心功能	适用场景
远程代理	为远程对象（如网络服务）提供本地代理，隐藏网络通信细节。	分布式系统、RPC框架
虚拟代理	延迟创建开销大的对象（如示例中的延迟加载），优化性能。	大型图片加载、复杂对象初始化
保护代理	控制对真实对象的访问，验证权限或过滤请求。	权限管理、敏感操作保护
智能引用代理	在访问对象时添加额外操作（如计数引用、自动释放、日志记录）。	资源管理、调试日志
缓存代理	缓存真实对象的结果，重复请求直接返回缓存，减少计算或网络开销。	数据库查询缓存、API结果缓存

五、核心优势与与其他模式的区别

优势

功能增强：在不修改真实对象的前提下，为其添加额外功能（如日志、权限），符合开闭原则。
控制访问：可限制对真实对象的访问（如权限校验），保护敏感资源。
优化性能：通过延迟加载、缓存等机制，减少不必要的资源消耗。
隐藏细节：如远程代理隐藏网络通信细节，客户端无需关心对象位置。

与其他模式的区别

模式	核心差异点
代理模式	控制对对象的访问，添加额外功能，代理与真实对象实现同一接口，强调“访问控制”。
装饰器模式	动态为对象添加功能，不控制访问，装饰器通常嵌套使用，强调“功能扩展”。
适配器模式	转换接口使不兼容的类协作，不改变原功能，强调“接口适配”。
外观模式	为复杂子系统提供简化接口，不针对单个对象，强调“简化使用”。