2024-08-29

C++ 設計模式 - 代理模式 Proxy Pattern

在日常生活中，我們常常遇到這樣的情況：你想要完成某件事情，但由於種種原因，你無法直接接觸到那個目標，於是你請來了一個「代理」來幫你處理一切。例如你需要買一台很難找的限量版遊戲機，但由於時間或距離問題，你沒辦法親自去購買，所以你委託了一個代購服務。而這個代購就是你的「代理」。在軟體設計中，代理模式 Proxy Pattern 就是利用類似的概念，讓一個物件（代理）代表另一個物件來控制對它的存取。聽起來有點抽象？別擔心，我們馬上進入正題。

什麼是代理模式？

代理模式是一種結構型設計模式，代理模式的核心思想是：為某個物件提供一個替代者，以控制對這個物件的存取。這樣做的好處是你可以在不改變原物件的情況下，新增一些額外的功能，或是對存取進行控制。代理模式可以被看作是一個中間層，這個中間層負責把客戶端的請求轉發給真實物件，並在過程中執行一些額外的邏輯。

假如你是一位繁忙的企業高階經理，每天都有無數的會議和決策要處理。這時候一個得力的助理就顯得重要。助理可以幫你過濾不重要的事物，安排你的行程，甚至代表你參加一些會議。這個助理就是現實生活中的「代理」。

簡單來說，代理模式中有三個角色：

Subject：定義了客戶端可以呼叫的方法。
RealSubject：實際執行請求的真實物件。
Proxy：代理物件，負責控制對 RealSubject 的存取。

代理模式在網頁載入中的應用

讓我們以網頁載入的例子來解釋代理模式的實際應用。假設我們有一個網站，其中包含許多高解析度的圖片，這些圖片可能會因為其大容量而導致網頁載入緩慢。為了優化使用者體驗，我們可以使用代理模式，先顯示一個縮圖，等使用者真的需要查看大圖時，再去載入原圖。

首先我們定義一個 Image 介面，裡面有一個方法 display，用來顯示圖片，

// 抽象介面 Subject
class Image {
public:
    virtual void display() = 0;
    virtual ~Image() = default;
};

接下來我們實現這個介面來載入並顯示實際的圖片，

// 實際主題 RealSubject
class RealImage : public Image {
private:
    std::string filename;

    void loadFromDisk() {
        std::cout << "Loading " << filename << " from disk\n";
    }

public:
    RealImage(const std::string& filename) : filename(filename) {
        loadFromDisk();
    }

    void display() override {
        std::cout << "Displaying " << filename << std::endl;
    }
};

最後我們實現一個 ProxyImage 來控制對 RealImage 的存取，

// 代理物件 Proxy
class ProxyImage : public Image {
private:
    std::string filename;
    std::unique_ptr<RealImage> realImage;

public:
    ProxyImage(const std::string& filename) : filename(filename), realImage(nullptr) {}

    void display() override {
        if (!realImage) {
            // lazy initialization
            realImage = std::make_unique<RealImage>(filename);
        }
        realImage->display();
    }
};

在客戶端只需透過代理物件來存取圖片，而不必直接接觸到大圖片本身：

// 客戶端程式碼
int main() {
    std::unique_ptr<Image> image1 = std::make_unique<ProxyImage>("photo1.jpg");
    std::unique_ptr<Image> image2 = std::make_unique<ProxyImage>("photo2.jpg");

    // 圖像將從磁碟載入
    image1->display();
    
    // 圖像不會再次從磁碟載入，直接顯示
    image1->display();

    // 圖像將從磁碟載入
    image2->display();

    return 0;
}

在這個例子中，第一次呼叫 display() 方法時，代理會建立並載入真實圖片。當第二次呼叫時，圖片已經被載入過，因此不會再次載入，直接顯示圖片內容。這樣的處理方式避免了不必要的效能消耗，還提升了效率。

代理模式的優缺點

代理模式帶來了許多好處，最顯而易見的是它能讓我們有效地控制對目標物件的存取。這表示我們可以根據需求延遲載入資源、設定存取權限，甚至在某些情況下，讓一個代理物件負責管理多個請求，進而優化系統的效能。另外代理模式提供了一種優雅的方式，在不改變原有類別的基礎上新增額外功能，這讓我們的程式設計更加靈活，能更好地應對未來的變化。

代理模式也不是沒有缺點，導入代理會在客戶端和真實物件之間增加一個間接層，這可能會導致系統變得更加複雜。如果代理類別中包含了太多額外的邏輯，可能會影響效能。

總結

代理模式是一個實用且靈活的設計模式，適合用於需要控制存取或增加功能的場景中。它的應用非常廣泛，例如虛擬代理、保護代理、智慧代理等，每一種代理模式都有其獨特的價值。但我們也要注意避免因為濫用代理模式而導致系統過度複雜。

就像現實生活中的經紀人或助理一樣，代理為我們處理了許多複雜的細節，讓我們能夠專注於更重要的事務。下次當你面臨需要控制對對象的存取，或者需要在存取前後添加額外邏輯的情況時，不妨考慮使用代理模式。它可能正是你所需要的解決方案。