C++设计模式外观模式（Facade）

机器视觉知识推荐、就业指导2024-12-03 8:02

什么是桥接模式？

桥接模式（Bridge Pattern）是一种结构型设计模式，它的核心目的是解耦 抽象部分和实现部分，让它们可以独立变化。在简单的描述中，桥接模式可以让你在不修改原有代码的情况下，分别改变抽象的功能 和具体的实现。

假设你正在开发一个图形绘制程序，它涉及到多个图形（比如圆形、方形）和不同的绘制方式（如屏幕绘制、打印机绘制）。如果将所有图形和绘制方式写在一起，每次新增图形或绘制方式时，都需要修改很多代码，这样不仅增加了复杂性，还不容易维护。

桥接模式的解决思路是：将**图形（抽象）和绘制方式（实现）**分开，给每一部分提供独立的变化空间。这样，添加新的图形或新的绘制方式时，只需要扩展新的类即可，而不需要修改现有的代码。

桥接模式的结构

桥接模式的关键在于将抽象层 和实现层分开，通过"桥"将它们连接起来。它有两个主要组成部分：

  1. 抽象部分：表示具体的功能或对象，比如图形类型（圆形、方形等）。
  2. 实现部分：表示具体的实现方式，比如绘制图形的具体方法（屏幕绘制、打印机绘制等）。

这两个部分是独立的，它们通过桥接连接，从而能够独立发展和变化。

桥接模式的代码示例

为了更好地理解桥接模式，我们来做一个简单的图形绘制程序，支持不同的图形（圆形、方形）和不同的绘制方式（屏幕绘制、打印机绘制）。我们将通过桥接模式来解耦这两个方面。

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>

// 绘图接口（实现类接口）
class DrawingAPI {
public:
    virtual void drawCircle(double x, double y, double radius) = 0;
    virtual ~DrawingAPI() = default;
};

// 具体实现：屏幕绘制
class ScreenDrawingAPI : public DrawingAPI {
public:
    void drawCircle(double x, double y, double radius) override {
        std::cout << "在屏幕上绘制圆形，位置: (" << x << ", " << y << "), 半径: " << radius << std::endl;
    }
};

// 具体实现：打印机绘制
class PrinterDrawingAPI : public DrawingAPI {
public:
    void drawCircle(double x, double y, double radius) override {
        std::cout << "在打印机上绘制圆形，位置: (" << x << ", " << y << "), 半径: " << radius << std::endl;
    }
};

// 图形类（抽象类）
class Shape {
protected:
    DrawingAPI* drawingAPI;  // 这里持有一个指向绘图实现类的指针

public:
    Shape(DrawingAPI* api) : drawingAPI(api) {}  // 通过构造函数注入具体实现类
    virtual void draw() = 0;  // 绘制图形的接口
    virtual void resize(double factor) = 0;  // 调整图形大小
    virtual ~Shape() = default;
};

// 扩展的具体图形类：圆形
class Circle : public Shape {
private:
    double x, y, radius;  // 圆形的坐标和半径

public:
    Circle(double x, double y, double radius, DrawingAPI* api) 
        : Shape(api), x(x), y(y), radius(radius) {}

    void draw() override {
        drawingAPI->drawCircle(x, y, radius);  // 将绘制任务委托给具体实现
    }

    void resize(double factor) override {
        radius *= factor;  // 调整圆形的半径
    }
};

int main() {
    ScreenDrawingAPI screenAPI;  // 创建屏幕绘制实现
    PrinterDrawingAPI printerAPI;  // 创建打印机绘制实现

    // 创建圆形对象，使用不同的绘制方式
    Circle circle1(1, 2, 3, &screenAPI);  // 在屏幕上绘制
    Circle circle2(5, 6, 4, &printerAPI);  // 在打印机上绘制

    circle1.draw();  // 屏幕绘制圆形
    circle2.draw();  // 打印机绘制圆形

    circle1.resize(2.0);  // 改变圆形大小
    circle1.draw();  // 再次绘制，使用屏幕绘制

    return 0;
}

代码讲解

让我们来逐步分析这段代码，理解桥接模式如何起作用。

1. 绘图接口（DrawingAPI）
cpp 复制代码 
class DrawingAPI {
public:
    virtual void drawCircle(double x, double y, double radius) = 0;
    virtual ~DrawingAPI() = default;
};

DrawingAPI 是一个抽象接口，它定义了绘制图形的方法 drawCircle。具体的绘制方式（如屏幕绘制或打印机绘制）需要实现这个接口。

2. 具体的绘图实现（ScreenDrawingAPI 和 PrinterDrawingAPI）
cpp 复制代码 
class ScreenDrawingAPI : public DrawingAPI {
public:
    void drawCircle(double x, double y, double radius) override {
        std::cout << "在屏幕上绘制圆形，位置: (" << x << ", " << y << "), 半径: " << radius << std::endl;
    }
};

class PrinterDrawingAPI : public DrawingAPI {
public:
    void drawCircle(double x, double y, double radius) override {
        std::cout << "在打印机上绘制圆形，位置: (" << x << ", " << y << "), 半径: " << radius << std::endl;
    }
};

这两个类分别实现了 DrawingAPI 接口，提供了不同的绘制方式：ScreenDrawingAPI 在屏幕上绘制圆形，而 PrinterDrawingAPI 在打印机上绘制圆形。

3. 抽象类（Shape）
cpp 复制代码 
class Shape {
protected:
    DrawingAPI* drawingAPI;  // 持有一个绘图实现类的指针

public:
    Shape(DrawingAPI* api) : drawingAPI(api) {}  // 通过构造函数注入具体的绘图实现
    virtual void draw() = 0;  // 绘制图形的接口
    virtual void resize(double factor) = 0;  // 调整图形大小
};

Shape 是一个抽象类，定义了所有图形（如圆形、方形）的共同接口：draw() 和 resize()。它通过持有 DrawingAPI 指针将具体的绘制任务委托给实现类，从而将图形抽象部分与绘制实现部分分开。

4. 具体图形类（Circle）
cpp 复制代码 
class Circle : public Shape {
private:
    double x, y, radius;  // 圆形的坐标和半径

public:
    Circle(double x, double y, double radius, DrawingAPI* api) 
        : Shape(api), x(x), y(y), radius(radius) {}

    void draw() override {
        drawingAPI->drawCircle(x, y, radius);  // 调用具体绘图实现的drawCircle方法
    }

    void resize(double factor) override {
        radius *= factor;  // 改变圆形的半径
    }
};

Circle 类继承自 Shape，并实现了 draw() 和 resize() 方法。它将图形绘制的任务委托给 drawingAPI，从而实现了图形的抽象和绘制方式的解耦。

5. 客户端代码

在 main 函数中，我们创建了两个 Circle 对象，分别使用了 ScreenDrawingAPI 和 PrinterDrawingAPI 作为绘制实现。通过调用 circle1.draw() 和 circle2.draw()，我们看到两种不同的绘制方式。

cpp 复制代码 
int main() {
    ScreenDrawingAPI screenAPI;  // 屏幕绘制实现
    PrinterDrawingAPI printerAPI;  // 打印机绘制实现

    // 创建两个圆形对象，分别使用不同的绘制方式
    Circle circle1(1, 2, 3, &screenAPI);
    Circle circle2(5, 6, 4, &printerAPI);

    circle1.draw();  // 屏幕绘制圆形
    circle2.draw();  // 打印机绘制圆形

    circle1.resize(2.0);  // 改变圆形大小
    circle1.draw();  // 再次绘制，使用屏幕绘制

    return 0;
}

总结

桥接模式的核心思想就是解耦抽象和实现部分，它们可以独立变化，而不相互影响。在这个例子中，图形类（

如 Circle）和绘图方式（如 ScreenDrawingAPI 和 PrinterDrawingAPI）通过桥接模式分离开来，增加新的图形类型或绘制方式时，我们只需要扩展新类，而不需要修改现有代码。这样做让系统更加灵活和可扩展。

完整代码

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>

// 绘图接口（实现类接口）
class DrawingAPI {
public:
    virtual void drawCircle(double x, double y, double radius) = 0;
    virtual ~DrawingAPI() = default;
};

// 具体实现：屏幕绘制
class ScreenDrawingAPI : public DrawingAPI {
public:
    void drawCircle(double x, double y, double radius) override {
        std::cout << "在屏幕上绘制圆形，位置: (" << x << ", " << y << "), 半径: " << radius << std::endl;
    }
};

// 具体实现：打印机绘制
class PrinterDrawingAPI : public DrawingAPI {
public:
    void drawCircle(double x, double y, double radius) override {
        std::cout << "在打印机上绘制圆形，位置: (" << x << ", " << y << "), 半径: " << radius << std::endl;
    }
};

// 图形类（抽象类）
class Shape {
protected:
    DrawingAPI* drawingAPI;  // 这里持有一个指向绘图实现类的指针

public:
    Shape(DrawingAPI* api) : drawingAPI(api) {}  // 通过构造函数注入具体实现类
    virtual void draw() = 0;  // 绘制图形的接口
    virtual void resize(double factor) = 0;  // 调整图形大小
    virtual ~Shape() = default;
};

// 扩展的具体图形类：圆形
class Circle : public Shape {
private:
    double x, y, radius;  // 圆形的坐标和半径

public:
    Circle(double x, double y, double radius, DrawingAPI* api) 
        : Shape(api), x(x), y(y), radius(radius) {}

    void draw() override {
        drawingAPI->drawCircle(x, y, radius);  // 将绘制任务委托给具体实现
    }

    void resize(double factor) override {
        radius *= factor;  // 调整圆形的半径
    }
};

int main() {
    ScreenDrawingAPI screenAPI;  // 创建屏幕绘制实现
    PrinterDrawingAPI printerAPI;  // 创建打印机绘制实现

    // 创建圆形对象，使用不同的绘制方式
    Circle circle1(1, 2, 3, &screenAPI);  // 在屏幕上绘制
    Circle circle2(5, 6, 4, &printerAPI);  // 在打印机上绘制

    // 绘制圆形
    circle1.draw();  // 屏幕绘制圆形
    circle2.draw();  // 打印机绘制圆形

    // 调整圆形大小
    circle1.resize(2.0);  // 改变圆形大小
    circle1.draw();  // 再次绘制，使用屏幕绘制

    return 0;
}

结果输出：

在屏幕上绘制圆形，位置: (1, 2), 半径: 3
在打印机上绘制圆形，位置: (5, 6), 半径: 4
在屏幕上绘制圆形，位置: (1, 2), 半径: 6

这个实现展示了如何使用桥接模式解耦图形的抽象（Shape）和具体的绘制实现（DrawingAPI），让你可以独立地扩展图形类型和绘制方式，而不影响已有的代码结构。

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