设计模式——桥接模式

Posted 2020-10-09

设计模式（十一）——桥接模式

一、桥接模式简介

1、桥接模式简介

    桥接模式将抽象(Abstraction)与实现(Implementation)分离，使得二者可以独立地变化。

    桥接模式将抽象和实现分别独立实现，即Abstraction类和Implement类。

    桥接模式中的实现不是指抽象基类的具体子类对抽象基类中虚函数（接口）的实现，是指怎么去实现用户的需求，即在Implement具体类中实现Abstraction的接口功能，并且是通过组合（委托）的方式实现的，因此桥接模式中实现不是指的继承基类、实现基类接口，而是指的是通过对象组合实现用户的需求。

    桥接模式将继承关系转换为组合关系，从而降低了系统间的耦合，减少了代码编写量。使用组合（委托）的方式将抽象和实现彻底地解耦，好处是抽象和实现可以分别独立地变化，系统的耦合性也得到了很好的降低。

    将抽象部分与它的实现部分分离，使得它们可以独立地变化。抽象Abstraction与实现Implement分离，抽象部分Abstraction可以变化，如new RefinedAbstractionA(imp)、new RefinedAbstractionB(imp)；实现部分Implement也可以独立变化，如new ConcreteImplementA()、new ConcreteImplementB()。

2、桥接模式角色

    抽象类(Abstraction):定义抽象类接口并且维护一个指向Implement的指针

    扩充抽象类(RefinedAbstraction)：扩充由Abstraction定义的接口

    实现类接口(Implement)：定义实现类的接口，该接口不一定要与 Abstraction的接口完全一致；事实上这两个接口可以完全不同。一般来讲， Implement接口仅提供基本操作，而 Abstraction则定义了基于这些基本操作的较高层次的操作。

具体实现类(ConcreteImplement)：实现Implement接口并定义具体实现。

 Abstraction::request()：定义要实现的操作接口，在Abstraction::request()中根据不同的指针多态调用Implement::operation()函数。

        Implement::operation()：实现抽象类Abstaction所定义操作的接口，由其具体派生类ConcreteImplemenA、ConcreteImplemenB或者其他派生类实现。

3、桥接模式优缺点

    优点：

    A、分离接口及其实现部分 。一个实现未必不变地绑定在一个接口上。抽象类的实现可以在运行时刻进行配置，一个对象甚至可以在运行时刻改变它的实现。将Abstraction与Implement分离有助于降低对实现部分编译时刻的依赖性，当改变一个实现类时，并不需要重新编译Abstraction类和它的客户程序。为了保证一个类库的不同版本之间的二进制兼容性，一定要有这个性质。另外，接口与实现分离有助于分层，从而产生更好的结构化系统，系统的高层部分仅需知道Abstraction和Implement即可。
    B、提高可扩充性 。可以独立地对Abstraction和Implement层次结构进行扩充。

 C、实现细节对客户透明 。可以对客户隐藏实现细节，例如共享Implement对象以及相应的引用计数机制。

 D、将可以共享的变化部分，抽离出来，减少了代码的重复信息。

 E、对象的具体实现可以更加灵活，可以满足多个因素变化的要求。

    缺点：

 A、桥接模式的引入会增加系统的理解与设计难度，由于聚合关联关系建立在抽象层，要求开发者针对抽象进行设计与编程。

 B、桥接模式要求正确识别出系统中两个独立变化的维度，因此其使用范围具有一定的局限性。

    C、客户必须知道选择哪一种类型的实现。

4、桥接模式使用场景

    桥接模式使用场景：
    A、当一个对象有多个变化因素的时候，考虑依赖于抽象的实现，而不是具体的实现。如手机品牌有2种变化因素，一个是品牌，一个是功能。

 B、当多个变化因素在多个对象间共享时，考虑将变化的部分抽象出来再聚合或组合进来。

 C、当考虑一个对象的多个变化因素可以动态变化的时候，考虑使用桥接模式，如手机的手机品牌是变化的，手机的功能也是变化的，所以将每个可变化的因数分离出来，独立的变化。

    抽象工厂模式可以用来创建和配置一个特定的桥接模式。

    适配器模式用来帮助无关的类协同工作，通常在系统设计完成后才会被使用。然而，桥接模式则是在系统开始时就被使用，使得抽象接口和实现部分可以独立进行改变。

       桥接模式和装饰模式在一定程度上都是为了减少子类的数目，避免出现复杂的继承关系，但解决的方法却各有不同。装饰模式把子类中比基类中多出来的部分放到单独的类里面，以适应新功能增加的需要，当把描述新功能的类封装到基类的对象里面时，就得到所需要的子类对象，描述新功能的类通过组合可以实现很多的功能组合。 桥接模式则把原来的基类的实现化细节抽象出来，在构造到一个实现化的结构中，然后再把原来的基类改造成一个抽象化的等级结构，就可以实现系统在多个维度上的独立变化 。

二、桥接模式实现

Abstraction基类：

#ifndef ABSTRACTION_H

#define ABSTRACTION_H

#include "Implement.h"

 

//抽象基类

class Abstraction

{

public:

    //需要实现的接口

    virtual void request() = 0;

protected:

    Abstraction(Implement* imp):m_implement(imp){}

protected:

    Implement* m_implement;

};

 

#endif // ABSTRACTION_H

RefinedAbstractionA具体类：

#ifndef REFINEDABSTRACTIONA_H

#define REFINEDABSTRACTIONA_H

#include "Abstraction.h"

#include <iostream>

#include "Implement.h"

using namespace std;

 

class RefinedAbstractionA : public Abstraction

{

public:

    RefinedAbstractionA(Implement* imp):Abstraction(imp){}

    virtual void request()

    {

        cout << "RefinedAbstractionA::request" << endl;

        //调用实现部分

        m_implement->operation();

    }

};

 

#endif // REFINEDABSTRACTIONA_H

RefinedAbstractionB具体类：

#ifndef REFINEDABSTRACTIONB_H

#define REFINEDABSTRACTIONB_H

#include "Abstraction.h"

#include <iostream>

#include "Implement.h"

using namespace std;

 

class RefinedAbstractionB : public Abstraction

{

public:

    RefinedAbstractionB(Implement* imp):Abstraction(imp){}

    virtual void request()

    {

        cout << "RefinedAbstractionB::request" << endl;

        //调用实现部分

        m_implement->operation();

    }

};

 

#endif // REFINEDABSTRACTIONB_H

 

Implement抽象实现类：

#ifndef IMPLEMENT_H

#define IMPLEMENT_H

 

//抽象实现类

class Implement

{

public:

    virtual void operation() = 0;

protected:

    Implement(){}

};

 

#endif // IMPLEMENT_H

ConcreteImplementA具体实现类：

#ifndef CONCRETEIMPLEMENTA_H

#define CONCRETEIMPLEMENTA_H

#include "Implement.h"

#include <iostream>

using namespace std;

 

//具体实现类

class ConcreteImplementA : public Implement

{

public:

    //具体实现的功能函数

    void operation()

    {

        cout << "ConcreteImplementA::operation()" << endl;

    }

};

 

#endif // CONCRETEIMPLEMENTA_H

 

ConcreteImplementB具体实现类：

#ifndef CONCRETEIMPLEMENTB_H

#define CONCRETEIMPLEMENTB_H

#include "Implement.h"

#include <iostream>

using namespace std;

 

//具体实现类

class ConcreteImplementB : public Implement

{

public:

    //具体实现的功能函数

    void operation()

    {

        cout << "ConcreteImplementB::operation()" << endl;

    }

};

 

#endif // CONCRETEIMPLEMENTB_H

客户调用程序：

#include "Abstraction.h"

#include "Implement.h"

#include "ConcreteImplementA.h"

#include "ConcreteImplementB.h"

#include "RefinedAbstractionA.h"

#include "RefinedAbstractionB.h"

 

int main()

{

    Implement* imp = new ConcreteImplementA();

    Abstraction* abs = new RefinedAbstractionA(imp);

    abs->request();

 

    Implement* imp1 = new ConcreteImplementB();

    Abstraction* abs1 = new RefinedAbstractionB(imp1);

    abs1->request();

 

    return 0;

}

    将抽象部分与实现部分分离：实现系统可能有多角度（维度）分类，每一种分类都可能变化，把多种角度分离出来让它们独立变化，减少它们之间的耦合。

    在发现需要多角度去分类实现对象，而只用继承会造成大量的类增加，不能满足开放-封闭原则时，要考虑用桥接模式。

    组合/聚合复用原则：尽量使用组合/聚合，不要使用类继承。
    优先使用对象的组合/聚合将有助于保持每个类被封装，并被集中在单个任务上。类和类继承层次会保持较小规模，并且不太可能增长为不可控制的庞然大物。

三、桥接模式实例

1、计算机实例

电脑品牌和操作系统是两个概念，不同的品牌的电脑可以安装相同或不同的操作系统，两者都具有很大的变动性。如果单独以电脑品牌或操作系统为基类来进行继承扩展的话，会使类的数目剧增并且耦合性很高，如果更改电脑品牌或增加操作系统类型都会增加很多的变动。

    将两者抽象出来两个基类分别是Computer和OS，在Computer类中聚合一个OS对象的基类将解决电脑品牌和操作系统扩展混乱的问题，两者的扩展就相对灵活，剪短了两者的必要联系。

Computer接口：

#ifndef COMPUTER_H

#define COMPUTER_H

 

class OS;

class Computer

{

public:

    virtual void installOS(OS* os) = 0;

};

 

#endif // COMPUTER_H

AppleComputer具体实现：

#ifndef APPLECOMPUTER_H

#define APPLECOMPUTER_H

#include "Computer.h"

#include "OS.h"

 

class AppleComputer : public Computer

{

public:

    virtual void installOS(OS* os)

    {

        cout << "AppleComputer ";

        os->installOS_Imp();

    }

};

 

#endif // APPLECOMPUTER_H

 

ThinkPadComputer具体实现：

#ifndef THINKPADCOMPUTER_H

#define THINKPADCOMPUTER_H

#include "Computer.h"

#include "OS.h"

 

class ThinkPadComputer : public Computer

{

public:

    virtual void installOS(OS* os)

    {

        cout << "ThinkPadComputer ";

        os->installOS_Imp();

    }

};

 

#endif // THINKPADCOMPUTER_H

OS接口：

#ifndef OS_H

#define OS_H

#include <iostream>

using namespace std;

 

class OS

{

public:

    virtual void installOS_Imp() = 0;

};

 

#endif // OS_H

 

LinuxOS具体实现：

#ifndef LINUXOS_H

#define LINUXOS_H

#include "OS.h"

 

class LinuxOS : public OS

{

public:

    virtual void installOS_Imp()

    {

        cout << "has installed Linux OS" << endl;

    }

};

 

#endif // LINUXOS_H

 

WindowsOS具体实现：

#ifndef WINDOWSOS_H

#define WINDOWSOS_H

#include "OS.h"

 

class WindowsOS : public OS

{

public:

    virtual void installOS_Imp()

    {

        cout << "has installed Windows OS" << endl;

    }

};

 

#endif // WINDOWSOS_H

客户调用程序：

#include "OS.h"

#include "Computer.h"

#include "LinuxOS.h"

#include "WindowsOS.h"

#include "AppleComputer.h"

#include "ThinkPadComputer.h"

 

int main()

{

    OS* lin = new LinuxOS();

    OS* win = new WindowsOS();

 

    Computer* apple = new AppleComputer();

    Computer* thinkpad = new ThinkPadComputer();

 

    apple->installOS(lin);

    apple->installOS(win);

    thinkpad->installOS(win);

    thinkpad->installOS(lin);

 

    delete lin,win,apple,thinkpad;

    return 0;

}

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