橋接模式（c++實現）

鬼谷子com發表於2020-05-19
橋接模式C++

橋接模式

目錄

模式定義

橋接模式(Bridge),將抽象部分與它的實現部分分離，使他們都可以獨立的變化。什麼叫抽象與他的實現分離，這並不是說讓抽象類與其派生類分離，因為這沒有任何意義。實現指的是抽象類和它的派生類用來實現自己的物件。

模式動機

  • 解決繼承帶來的問題

    物件的繼承關係是在編譯時就定義好的，所以無法再執行時改變從父類繼承的實現。子類的實現與他的父類有非常緊密的依賴關係，以至於父類實現中的任何變化必然會導致子類發生變化。當你需要複用子類時，如果繼承下來的實現不適合解決新的問題，則父類必須重寫或被其他更適合的類替換。這種依賴關係限制了靈活性並最終限制了複用性。

  • 合成/聚合複用原則（CARP）

    合成（組合）和聚合都是關聯的特殊種類。聚合表示一種弱的‘擁有’關係，體現的是A物件可以包含B物件，但B物件不是A物件的一部分；合成則是一種強的‘擁有’關係，體現了嚴格的部分和整體的關係，部分和整體的生命週期一樣。聚合關係在繼承關係不適用的情況下可以做替代。其實只要真正深入的理解了設計原則，很多設計模式其實就是原則的應用而已，或許在不知不覺中就在使用設計模式了。

  • 設想如果要繪製矩形、圓形、橢圓、正方形，我們至少需要4個形狀類，但是如果繪製的圖形需要具有不同的顏色，如紅色、綠色、藍色等，此時至少有如下兩種設計方案：

    • 第一種設計方案是為每一種形狀都提供一套各種顏色的版本。

    • 第二種設計方案是根據實際需要對形狀和顏色進行組合。

      明顯方案二採用聚合的方式組織類結構能夠使類的數量減少很多。當然這只是一個簡單的例子。

UML類圖

原始碼實現

  • color.h

    #ifndef COLOR_H
#define COLOR_H
#include <QString>

class Color
{
public:
    Color(){}
    virtual ~Color(){}
    virtual QString Name() = 0;
protected:
    QString m_Name;
};

class Black : public Color
{
public:
    Black();
    virtual ~Black();
    virtual QString Name();
};

class Red : public Color
{
public:
    Red();
    virtual ~Red();
    virtual QString Name();
};
#endif // COLOR_H

  • color.cpp

    #include <QDebug>
#include "color.h"
Black::Black()
{
    m_Name = "Black";
}

Black::~Black()
{

}

QString Black::Name()
{
    return m_Name;
}

Red::Red()
{
    m_Name = "Red";
}

Red::~Red()
{

}

QString Red::Name()
{
    return m_Name;
}

  • shape.h

    #ifndef SHAPE_H
#define SHAPE_H
#include "color.h"

//抽象類
class Shape
{
public:
    Shape(){}
    virtual ~Shape(){}
    void SetColor(Color* color);
    virtual void MyShape() = 0;
protected:
    Color* m_Color;
};

class Rectangle : public Shape
{
public:
    Rectangle();
    ~Rectangle();

    virtual void MyShape();
};

class Circle : public Shape
{
public:
    Circle();
    ~Circle();

    virtual void MyShape();
};
#endif // SHAPE_H

  • shape.cpp

    #include <QDebug>
#include "shape.h"

void Shape::SetColor(Color *color)
{
    m_Color = color;
}


Rectangle::Rectangle()
{

}

Rectangle::~Rectangle()
{

}

void Rectangle::MyShape()
{
    qDebug() << "Rectangle" + QString(" And ") + m_Color->Name();
}

Circle::Circle()
{

}

Circle::~Circle()
{

}

void Circle::MyShape()
{
    qDebug() << "Circle" + QString(" And ") + m_Color->Name();
}

  • main.cpp

    #include <QCoreApplication>
#include "shape.h"
#include "color.h"

#define DELETEOBJECT(x) if(x != nullptr){delete x; x = nullptr;}

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    Color* red = new Red();
    Color* black = new Black();

    //組合一個黑色的圓和一個紅色的方形
    Shape* rectangle = new Rectangle();
    rectangle->SetColor(red);
    Shape* circle = new Circle();
    circle->SetColor(black);

    rectangle->MyShape();
    circle->MyShape();

    DELETEOBJECT(red);
    DELETEOBJECT(black);
    DELETEOBJECT(rectangle);
    DELETEOBJECT(circle);
    return a.exec();
}

  • 執行結果

"Rectangle And Red"

"Circle And Black"

優點

分離抽象介面及其實現部分。

  • 橋接模式有時類似於多繼承方案，但是多繼承方案違背了類的單一職責原則（即一個類只有一個變化的原因），複用性比較差，而且多繼承結構中類的個數非常龐大，橋接模式是比多繼承方案更好的解決方法。

  • 橋接模式提高了系統的可擴充性，在兩個變化維度中任意擴充套件一個維度，都不需要修改原有系統。

  • 實現細節對客戶透明，可以對使用者隱藏實現細節。

缺點

  • 橋接模式的引入會增加系統的理解與設計難度，由於聚合關聯關係建立在抽象層，要求開發者針對抽象進行設計與程式設計。

  • 橋接模式要求正確識別出系統中兩個獨立變化的維度，因此其使用範圍具有一定的侷限性。

總結

  • 橋接模式將抽象部分與它的實現部分分離，使它們都可以獨立地變化。它是一種物件結構型模式，又稱為柄體(Handle and Body)模式或介面(Interface)模式。
  • 橋接模式包含如下四個角色：抽象類中定義了一個實現類介面型別的物件並可以維護該物件；擴充抽象類擴充由抽象類定義的介面，它實現了在抽象類中定義的抽象業務方法，在擴充抽象類中可以呼叫在實現類介面中定義的業務方法；實現類介面定義了實現類的介面，實現類介面僅提供基本操作，而抽象類定義的介面可能會做更多更復雜的操作；具體實現類實現了實現類介面並且具體實現它，在不同的具體實現類中提供基本操作的不同實現，在程式執行時，具體實現類物件將替換其父類物件，提供給客戶端具體的業務操作方法。
  • 在橋接模式中，抽象化(Abstraction)與實現化(Implementation)脫耦，它們可以沿著各自的維度獨立變化。
  • 橋接模式的主要優點是分離抽象介面及其實現部分，是比多繼承方案更好的解決方法，橋接模式還提高了系統的可擴充性，在兩個變化維度中任意擴充套件一個維度，都不需要修改原有系統，實現細節對客戶透明，可以對使用者隱藏實現細節；其主要缺點是增加系統的理解與設計難度，且識別出系統中兩個獨立變化的維度並不是一件容易的事情。
  • 橋接模式適用情況包括：需要在構件的抽象化角色和具體化角色之間增加更多的靈活性，避免在兩個層次之間建立靜態的繼承聯絡；抽象化角色和實現化角色可以以繼承的方式獨立擴充套件而互不影響；一個類存在兩個獨立變化的維度，且這兩個維度都需要進行擴充套件；設計要求需要獨立管理抽象化角色和具體化角色；不希望使用繼承或因為多層次繼承導致系統類的個數急劇增加的系統。

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