结构型设计模式之桥接模式【设计模式系列】

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结构型设计模式之桥接模式

  • 系列文章目录
  • 一、桥接模式介绍
  • 二、桥接模式优缺点
    • 2.1 优点
    • 2.2 缺点
  • 三、桥接模式使用场景
  • 四、桥接模式实现
  • 五、桥接模式应用实例

一、桥接模式介绍

⚠️ 意图：
“将抽象化(Abstraction)与实现化(Implementation)脱耦，使得二者可以独立地变化”。这句话有三个关键词，也就是抽象化、实现化和脱耦。

⚠️ 主要解决：
在有多种可能会变化的情况下，用继承会造成类爆炸问题，扩展起来不灵活。

⚠️ 何时使用：
实现系统可能有多个角度分类，每一种角度都可能变化。

⚠️ 如何解决：
把这种多角度分类分离出来，让它们独立变化，减少它们之间耦合。将继承关系简化为组合关系。

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。
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图1_1 桥接模式类图

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()。

二、桥接模式优缺点

2.1 优点

  • 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。

  • 提高可扩充性 。可以独立地对Abstraction和Implement层次结构进行扩充。

  • 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。

  • 将可以共享的变化部分，抽离出来，减少了代码的重复信息。

  • 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。

2.2 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，因此其使用范围具有一定的局限性。

  • 客户必须知道选择哪一种类型的实现

三、桥接模式使用场景

  • 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。

  • 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。

  • 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 。

四、桥接模式实现

Abstraction抽象基类：

#ifndef BRIDGE_ABSTRACTION_H
#define BRIDGE_ABSTRACTION_H

#include "Implement.h"

//抽象基类
class Abstraction {
public:
    //需要实现的接口
    virtual void Request() = 0;

protected:
    explicit Abstraction(Implement* imp):implement_(imp) {}

protected:
    Implement *implement_;
};

#endif //BRIDGE_ABSTRACTION_H

RefinedbstractionA具体类：

#ifndef BRIDGE_REFINEDBSTRACTIONA_H
#define BRIDGE_REFINEDBSTRACTIONA_H

#include <iostream>
#include "Abstraction.h"
#include "Implement.h"

using namespace std;

class RefinedbstractionA : public Abstraction{
public:
    explicit RefinedbstractionA(Implement* imp) : Abstraction(imp){}
    ~RefinedbstractionA() = default;
    void Request() override  {
        cout <<  "RefinedbstractionA::Request" << endl;
        //调用实现部分
        implement_->OperationImpl();
    }
};


#endif //BRIDGE_REFINEDBSTRACTIONA_H

RefinedbstractionB具体类：

#ifndef BRIDGE_REFINEDBSTRACTIONB_H
#define BRIDGE_REFINEDBSTRACTIONB_H

#include <iostream>
#include "Abstraction.h"
#include "Implement.h"

using namespace std;

class RefinedbstractionB : public Abstraction{
public:
    explicit RefinedbstractionB(Implement* imp) : Abstraction(imp){}
    ~RefinedbstractionB() = default;
    void Request() override  {
        cout <<  "RefinedbstractionB::Request" << endl;
        //调用实现部分
        implement_->OperationImpl();
    }
};

#endif //BRIDGE_REFINEDBSTRACTIONB_H

Implement抽象实现类：

#ifndef BRIDGE_IMPLEMENT_H
#define BRIDGE_IMPLEMENT_H

//抽象实现类
class Implement {
protected:
    Implement() = default;
    ~Implement() = default;

public:
    virtual void OperationImpl() = 0;
};


#endif //BRIDGE_IMPLEMENT_H

ConcreteImplementA具体实现类：

#ifndef BRIDGE_CONCRETEIMPLEMENTA_H
#define BRIDGE_CONCRETEIMPLEMENTA_H

#include <iostream>
#include "Implement.h"

using namespace std;
//具体实现类
class ConcreteImplementA : public Implement{
public:
    ConcreteImplementA() = default;
    ~ConcreteImplementA() = default;
    //具体实现的功能函数
    void OperationImpl() override{
        cout <<  "ConcreteImplementA::OperationImpl" << endl;
    }
};


#endif //BRIDGE_CONCRETEIMPLEMENTA_H

ConcreteImplementB具体实现类：

#ifndef BRIDGE_CONCRETEIMPLEMENTB_H
#define BRIDGE_CONCRETEIMPLEMENTB_H


#include <iostream>
#include "Implement.h"

using namespace std;
//具体实现类
class ConcreteImplementB : public Implement{
public:
    ConcreteImplementB() = default;
    ~ConcreteImplementB() = default;
    //具体实现的功能函数
    void OperationImpl() override{
        cout <<  "ConcreteImplementB::OperationImpl" << endl;
    }
};


#endif //BRIDGE_CONCRETEIMPLEMENTB_H

BridgeMain使用类：

#include <iostream>
#include "Abstraction.h"
#include "Implement.h"
#include "ConcreteImplementA.h"
#include "ConcreteImplementB.h"
#include "RefinedbstractionA.h"
#include "RefinedbstractionB.h"


int main() {

    Implement* imp = new ConcreteImplementA();
    Abstraction* abs = new RefinedbstractionA(imp);
    abs->Request();

    Implement* imp1 = new ConcreteImplementB();
    Abstraction* abs1 = new RefinedbstractionB(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。

五、桥接模式应用实例

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

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