代理模式¶

定义¶

代理模式（Proxy Pattern）是一种结构型设计模式，它为另一个对象提供一个替身或占位符以控制对这个对象的访问。

代理对象与真实对象实现相同的接口，因此对调用方完全透明：调用方只和代理打交道，不知道（也不关心）背后是真实对象还是代理。

别名：Surrogate（替身）。

意图¶

通过引入一个间接层，控制对真实对象的访问时机、权限、开销等。
在不修改真实对象代码的前提下，为其增加额外职责（如缓存、鉴权、日志、懒加载）。

结构¶

classDiagram
    class Subject {
        <<interface>>
        +request()
    }
    class RealSubject {
        +request()
    }
    class Proxy {
        -realSubject: RealSubject
        +request()
    }
    Subject <|.. RealSubject
    Subject <|.. Proxy
    Proxy o--> RealSubject

Subject（抽象主题）：定义真实对象与代理共用的接口。
RealSubject（真实主题）：真正执行业务逻辑的对象。
Proxy（代理）：持有对 RealSubject 的引用，在转发调用前后做控制，并实现与 Subject 相同的接口。

常见分类¶

类型	用途
远程代理（Remote Proxy）	隐藏对象位于不同地址空间的事实，如 RPC、网络接口
虚拟代理（Virtual Proxy）	延迟创建开销大的对象，真正使用时才加载
保护代理（Protection Proxy）	控制访问权限，调用前校验身份
缓存代理（Cache Proxy）	缓存结果，避免重复计算或重复请求
日志代理（Logging Proxy）	记录调用日志，便于调试与审计

适用场景¶

需要对现有对象增加切面式的控制（访问控制、缓存、日志），又不希望侵入真实对象代码。
对象创建或访问代价高昂，希望延迟加载（懒加载）。
客户端与真实对象不在同一进程/设备，需要隐藏通信细节（嵌入式开发中的驱动访问、远程资源读取）。

代码示例¶

以“保护代理 + 缓存代理”为例：SENSOR_IF 是抽象主题，temperature_sensor 是真实传感器，sensor_proxy 在调用前校验权限并缓存读数，避免频繁读取硬件。

#include <stdio.h>

/* Subject：抽象主题 */
typedef struct sensor_if sensor_if_t;
struct sensor_if {
    float (*read_temperature)(const sensor_if_t *self);
};

/* RealSubject：真实传感器（底层硬件读取） */
typedef struct {
    sensor_if_t iface;
    const char *name;
} temperature_sensor_t;

static float temperature_sensor_read(const sensor_if_t *self)
{
    const temperature_sensor_t *s =
        (const temperature_sensor_t *)self;
    printf("[%s] read from hardware\n", s->name);
    return 25.5f;
}

/* Proxy：代理（保护 + 缓存） */
typedef struct {
    sensor_if_t iface;
    const temperature_sensor_t *target;
    int authenticated;
    float cached_value;
    int cache_valid;
} sensor_proxy_t;

static float sensor_proxy_read(const sensor_if_t *self)
{
    const sensor_proxy_t *p = (const sensor_proxy_t *)self;
    if (!p->authenticated) {
        printf("access denied\n");
        return 0.0f;
    }
    if (p->cache_valid) {                 /* 缓存命中 */
        printf("cache hit: %.1f\n", p->cached_value);
        return p->cached_value;
    }
    float value = p->target->iface.read_temperature(&p->target->iface);
    ((sensor_proxy_t *)p)->cached_value = value;   /* 写入缓存 */
    ((sensor_proxy_t *)p)->cache_valid = 1;
    return value;
}

int main(void)
{
    static temperature_sensor_t sensor = {
        .iface = { .read_temperature = temperature_sensor_read },
        .name  = "sensor-1",
    };
    static sensor_proxy_t proxy = {
        .iface = { .read_temperature = sensor_proxy_read },
        .target = &sensor,
        .authenticated = 0,
    };

    sensor_if_t *p = (sensor_if_t *)&proxy;
    p->read_temperature(p);       /* 未授权 -> access denied */
    ((sensor_proxy_t *)p)->authenticated = 1;
    p->read_temperature(p);       /* 首次读取硬件 */
    p->read_temperature(p);       /* 命中缓存 */
    return 0;
}

优缺点¶

优点

职责清晰：真实对象只关注业务，控制逻辑收敛在代理中。
无需修改真实对象，符合开闭原则。
可在客户端与真实对象之间引入多种控制（权限、缓存、日志、远程）。

缺点

增加一层间接调用，带来少量额外开销。
若代理设计不当，可能引入额外复杂性或带来不一致性（如缓存过期）。

与相关模式的区别¶

装饰器（Decorator）：装饰器动态添加行为，通常递归组合多个装饰层；代理控制访问，一般只包一层。
适配器（Adapter）：适配器改变接口以匹配客户端；代理保持接口不变，只控制访问。

参考¶

四人组《设计模式：可复用面向对象软件的基础》之 Proxy。
《Head First 设计模式》远程代理、虚拟代理章节。