设计模式(12) 代理模式(PROXY)

问题聚焦：
这个模式是对象结构型模式的最后一个。学习完就可以进入下一种类型的模式了。
代理模式的主要目的：控制对某个对象的访问（如通过拒绝某些访问实现访问权限的控制，或进行加载等耗时操作的优化）。

意图：
为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

别名：
Surrogate

动机：
原因：为了只有在我们确实需要这个对象时才对它进行创建和初始化，因此对一个对象进行访问控制。
Demo：文档编辑器
需求：可以在文档中嵌入图形对象
挑战：有些图形对象的创建开销很大，但是打开文档必须很迅速，因此我们再打开文档时应避免一次性创建所有开销很大的对象。因此，并非所有这些文档中都同时可见，所以也没有必要同时创建这些对象。
方案：对于一个开销很大的对象，应该根据需要进行创建，当一个图像变为可见时，会产生这样的需求。这时，使用一个图像Proxy替代那个真正的图像，在需要的时候负责实例化这个图像对象。





只有当文档编辑器激活图像代理的Draw操作以显示这个图像的时候，图像Proxy才创建真正的图像。
实现：

文件名作为对实际对象的引用。
代理存储了图像的尺寸（extent）
文档编辑器通过抽象的Graphic类定义的接口访问嵌入的图像。ImageProxy是图像代理类。
ImageProxy保存了文件名作为指向磁盘上的图像文件的指针，该文件名作为一个参数传递给ImageProxy
ImageProxy还存储了这个图像的边框以及对真正的Image实例的指引，直到代理实例化真正图像时，这个指引才有效。
ImageProxy操作只有在图像被实例化后，才向它传递请求。

类图：





适用性：
通常，在需要用比较通用和复杂的对象指针代替简单的指针的时候，使用Proxy。
下面是一些可以使用Proxy模式的常见情况：

远程代理：为一个对象在不同的地址空间提供局部代理
虚代理：根据需要创建开销很大的对象，在上一节提到的ImageProxy就是这样一种代理的例子。
保护代理：控制对原始对象的访问。用于对象应该有不同的访问权限的时候。
智能指引：取代了简单的指针，它在访问对象时执行一些附加操作（引用计数，装入内存，加锁）。

结构：





在运行时刻一种可能的代理结构的对象图如下所示：




参与者：

Proxy（ImageProxy）：

保存一个引用使得代理可以访问实体。
提供一个与Subject的接口相同的接口，这样代理就可以用来替代实体
控制对实体的存取，并可能负责创建和删除它

Subject（Graphic）：

定义RealSubject和Proxy的共用接口，这样就在任何使用RealSubject的地方都可以使用Proxy

RealSubject（Image）：

定义Proxy所代表的实体

协作：
代理根据其种类，在适当的时候向RealSubject转发请求。

效果：
Proxy模式在访问对象时，引入了一定程度的间歇性（一个中间层），在这个中间层中，可以做一些附加动作或者优化。
Copy-on-write优化：对用户隐藏，发生在中间层的优化。
优化场景：拷贝一个庞大而复杂的对象，开销很大，如果这个拷贝根本没有被修改，那么这些开销就没有必要。
方案：用Proxy对象延迟这一拷贝过程，我们可以当只有这个对象被修改的时候才对它进行拷贝。
实现：在进行c-o-w优化时，必须对实体继续拧引用计数，当引用数目为零时，实体将被删除。
效果：可以大幅度的降低拷贝庞大实体时的开销

实现：
Proxy可以利用一下一些语言特性：

重载C++中的存取运算符：将代理对象作为实际对象的一个指针使用（重载->和*操作符）
Proxy并不总是需要知道实体的类型：若Proxy类能够完全通过一个抽象接口处理它的实体，则无需为每一个实际对象类都生成一个代理类。该Proxy可以统一处理所有的实际对象。但是如果代理对象需要实例化实际对象，那么它必须知道具体的类。

代理示例：
以上面提到的文本编辑器为例，实现虚代理：
Graphic类为图形对象定义一个接口

class Graphic
{
public:
virtual ~Graphic();
virtual void Draw(const Point& at) = 0;
virtual void HandleMouse( Event& event) = 0;

virtual const Point& GetExtent() = 0;
virtual void Load(istream& from) = 0;
virtual void Save(ostream& to) = 0;
protected:
Graphic();
};

// Image类实现了Graphic接口用来显示图像文件的接口。
// 同时，实现了Handlemouse操作，使得用户可以交互第调整图像的尺寸。
class Image : public Graphic
{
public:
Image(const char* file);
virtual void Draw(const Point& at);
virtual void HandleMouse( Event& event);

virtual const Point& GetExtent();
virtual void Load(istream& from);
virtual void Save(ostream& to);
protected:
// ....
}

// ImageProxy和Image具有相同的接口
class ImageProxy : public Graphic
{
public:
virtual ~ImageProxy();
virtual void Draw(const Point& at);
virtual void HandleMouse( Event& event);

virtual const Point& GetExtent();
virtual void Load(istream& from);
virtual void Save(ostream& to);
protected:
Image* GetImage();
private:
Image* _image;
Point _extent;
char* _fileName;
};

// 构造函数保存了存储图像的文件名的本地拷贝，并初始化_extent和_image
ImageProxy::ImageProxy (const char* fileName) {
_fileName = strdup(fileName);
_extent = Point::Zero;
_image = 0;
}

Image* ImageProxy::GetImage() {
if (_image == 0) {
_image = new Image(_fileName);
}
}

// GetExtent返回缓存的图像尺寸，否则从文件中装载图像。
const Point& ImageProxy::GetExtent () {
if (_extent == Point::Zero) {
_extent = GetImage()->GetExtent();
}
return _extent;
}

// Draw用来装载图像
void ImageProxy::Draw (const Point& at) {
GetImage()->Draw(at);
}

// HandleMouse
void ImageProxy::HandleMouse (Event& event) {
GetImage()->HandleMouse(event);
}

// Save操作将缓存的图像尺寸和文件名保存在一个流中
void ImageProxy::Save (ostream& to) {
to << _extent << _fileName;
}

// Load得到这个信息并初始化相应的成员函数
void ImageProxy::Load (istream& from) {
from >> _extent >> _fileName;
}

// 假设有一个client，包含Graphic对象
class TextDocument {
public:
TextDocument();

void Insert(Graphic*);
};

类设定完毕，我们可以通过下面的方式把ImageProxy插入到文本文件中

TextDocument* text = new TextDocument;
// ...
text->Insert(new ImageProxy("anImageFileName"));

相关模式：

适配器模式：为它所适配的对象提供一个不同的接口。代理模式则提供了与实际对象基本相同的接口（因为访问保护的代理可能会拒绝执行实际对象的操作，所以它的接口实际上可能是实体接口的一个子集）。
装饰器模式：目的不一样，装饰器为对象添加一个或多个功能，而代理模式则控制对象的访问。

参考资料：
《设计模式:可复用面向对象软件的基础》