设计模式 - Bridge 桥模式


Bridge桥模式也属于”的单一职责“模式中的典型模式。
问题描述:
我们绘制图形时,图形可以有不同形状以及不同颜色,比如圆形可以是红的,绿的,方形可以是红的绿的,如果用代码来描绘这些类,会有如下:

 1 class Shape{
 2 };
 3 class Rectangle : public Shape{
 4 };
 5 class Circle : public Shape{
 6 };
 7 class Color{
 8 };
 9 class Red : public Color{
10 };
11 class Blue : public Color{
12 };
13 class RedRectangle : public Red{
14 };
15 class BlueRectangle : public Blue{
16 };

每增加一种图形或者颜色,新增的类就会成倍得增长。而且CRedRectangle继承于颜色,似乎也不太合理,CRedRectangle和CRed之间不是一种is-a的关系。下面通过桥模式改善它?

定义

将抽象部分(业务功能)与实现部分(平台实现)分离,使它们都可以独立地变化。 ——《设计模式》GoF

简单的说就是抽象对外提供的接口,对外隐瞒实现部分,在抽象中引用实现部分,从而实现抽象对实现部分的调用,而抽象中引用的实现部分可以在今后的开发中,切换为别的实现部分。

动机

  • 解决继承带来的问题
    对象的继承关系是在编译时就定义好的,无法在运行时改变从父类继承的实现。父类实现中的任何变化都必然会导致子类发生变化。比如上面的代码,Red类是Color抽象类的具体实现,RedRectangle从Red类中继承了红色属性,就和颜色的实现绑定在了一起,RedRectangle的颜色实现就难以修改或扩展。通过桥接模式把依赖具体实现,提升为依赖抽象,来完成对象和变化因素之间的低耦合,提高系统的可维护性和扩展性。桥接模式的主要目的是将一个对象的变化与其它变化隔离开,让彼此之间的耦合度最低。
  • 合成/聚合复用原则
    聚合表示一种弱的‘拥有’关系,体现的是A对象可以包含B对象,但B对象不是A对象的一部分;合成则是一种强的‘拥有’关系,体现了严格的部分和整体的关系,部分和整体的生命周期一样。
    组合:通常使用普通成员变量 ,如果类自己处理对象分配/释放,则可以使用指针成员 ,负责零件的创建/销毁
    聚合:通常使用指向或引用成员,部件在于聚合类范围之外创建,不负责创建/销毁零件

    绘制矩形、圆形、椭圆、正方形,我们至少需要4个形状类,但是如果绘制的图形需要具有不同的颜色,如红色、绿色、蓝色等,此时至少有如下两种设计方案:
    方案一:为每一种形状都提供一套颜色版本

    方案二:根据实际需要对形状和颜色进行组合

     明显方案二采用聚合的方式可以减少很多类的数量。

 

 UML类图

 

 

Abstraction类定义了抽象类的接口,并且维护一个指向Implementor实现类的指针;

RefineAbstraction类扩充了Abstraction类的接口;

Implementor类定义了实现类的接口,这个接口不一定要与Abstraction的接口完全一致;实际上,这两个接口可以完全不同;

ConcreteImplementor类实现了Implementor定义的接口。

代码实现

 1 #include <iostream>
 2 
 3 using namespace std;
 4 
 5 //具体实现的抽象
 6 class Implementor {
 7    public:
 8     virtual void operatonImpl() = 0;
 9 };
10 
11 //具体实现
12 class ConcreteImplementor : public Implementor {
13    public:
14     void oerationImpl() { cout << "OperationImpl" << endl; }
15 };
16 
17 class Abstruction {
18    public:
19     Abstruction(Implementor* pImpl) : m_pImpl(pImpl) {}
20     virtual void operation() = 0;
21 
22    protected:
23     Implementor* m_pImpl;
24 };
25 
26 //重新定义抽象
27 class RedfinedAbstraction : public Abstruction {
28    public:
29     RedfineAbstraction(Implementor* pImpl) : Abstruction(pImpl) {}
30     void operation() { m_pImpl->operatonImpl(); }
31 };
32 
33 int main() {
34     Implementor* pImplObj = new ConcreteImplementor();
35     Abstruction* pAbsObj = new RedfineAbstraction(pImplObj);
36     pAbsObj->operation();
37     delete pImplObj;
38     pImplObj = nullptr;
39     delete pAbsObj;
40     pAbsObj = nullptr;
41     return 0;
42 }

使用桥模式重新实现形状与颜色的代码:

 1 #include <iostream>
 2 #include <string>
 3 
 4 using namespace std;
 5 
 6 class Color {
 7    public:
 8     virtual string name() = 0;
 9 
10    protected:
11     string mName;
12 };
13 
14 class Green : public Color {
15    public:
16     Green() { mName = "Green"; }
17     virtual ~Green() {}
18     virtual string name() { return mName; }
19 };
20 
21 class Red : public Color {
22    public:
23     Red() { mName = "Red"; }
24     virtual ~Red() {}
25     virtual string name() { return mName; }
26 };
27 
28 class Shape {
29    public:
30     Shape(Color* color) : mColor(color) {}
31     virtual void myShape() = 0;
32 
33    protected:
34     Color* mColor;
35 };
36 
37 class Rectangle : public Shape {
38    public:
39     Rectangle(Color* color) : Shape(color) {}
40     virtual void myShape() {
41         cout << "Rectangle has a " << mColor->name() << " color\n";
42     }
43 };
44 
45 class Circle : public Shape {
46    public:
47     Circle(Color* color) : Shape(color) {}
48     virtual void myShape() {
49         cout << "Circle has a " << mColor->name() << " color\n";
50     }
51 };
52 
53 int main() {
54     Color* red = new Red();
55     Color* green = new Green();
56 
57     Shape* rectangle = new Rectangle(red);
58     rectangle->myShape();
59     Shape* circle = new Circle(green);
60     circle->myShape();
61 
62     return 0;
63 }

 

桥模式的优点

分离抽象接口及其实现的部分

  • 桥接模式有点类似于多继承,但是多继承违背了类的单一职责原则(一个类只有一个变化的原因),复用性差,且多继承结构中类的个数庞大,桥接模式是比多继承方案更好的解决方案。
  • 桥接模式提高了系统的可扩充性,在两个变化维度中任意扩展一个维度,都不需要修改原系统。
  • 实现细节对客户透明,可以对用户隐藏实现细节。

桥模式的缺点

  • 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。
  • 桥接模式要求正确识别出系统中两个独立变化的维度,因此其使用范围有局限性。

 

参考:

桥接模式(c++实现)

C++设计模式——桥接模式

 

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