C++设计模式外观模式（Facade）（家庭影院案例）

1. 什么是外观模式？

外观模式（Facade Pattern）是一种结构型设计模式 ，它提供了一个统一的接口，让客户端可以通过这个接口与系统内部的多个子系统交互，而不需要了解内部的复杂实现逻辑。

通俗解释：

外观模式就像"总开关"或"遥控器"，你不需要逐一操作每个设备，而是通过一个简单的接口，轻松控制复杂系统。

---

2. 外观模式的设计结构

1. 外观类（Facade）： 提供一个统一接口，屏蔽内部复杂逻辑。
2. 子系统（Subsystem）： 负责具体功能的实现，外观类会调用它们。
3. 客户端（Client）： 通过外观类与子系统交互，不直接接触子系统。

---

3. 外观模式案例：家庭影院

场景： 假设我们有一个家庭影院系统，包括播放器、投影仪、音响和灯光系统。每个设备都有自己的操作方法，使用时需要逐个操作。这显然不方便。

现在我们用外观模式，提供一个**"一键启动"和"一键关闭"**的功能，让整个操作变得简单。

---

代码实现

代码描述

• 子系统类： 定义家庭影院中的播放器、投影仪、音响和灯光系统，它们负责具体的操作。
• 外观类： 提供startMovie()和stopMovie()两个简单接口，一键操作所有子系统。
• 客户端： 只调用外观类提供的接口。

---

完整代码

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// **子系统1：播放器**
class Player {
public:
    void turnOn() {
        cout << "播放器：已打开。" << endl;
    }
    void turnOff() {
        cout << "播放器：已关闭。" << endl;
    }
    void playMovie(const string& movie) {
        cout << "播放器：正在播放电影《" << movie << "》。" << endl;
    }
};

// **子系统2：投影仪**
class Projector {
public:
    void turnOn() {
        cout << "投影仪：已打开。" << endl;
    }
    void turnOff() {
        cout << "投影仪：已关闭。" << endl;
    }
    void setMode(const string& mode) {
        cout << "投影仪：模式设置为" << mode << "。" << endl;
    }
};

// **子系统3：音响**
class SoundSystem {
public:
    void turnOn() {
        cout << "音响：已打开。" << endl;
    }
    void turnOff() {
        cout << "音响：已关闭。" << endl;
    }
    void setVolume(int level) {
        cout << "音响：音量设置为" << level << "。" << endl;
    }
};

// **子系统4：灯光**
class LightSystem {
public:
    void dimLights() {
        cout << "灯光系统：灯光已调暗。" << endl;
    }
    void brightenLights() {
        cout << "灯光系统：灯光已恢复正常。" << endl;
    }
};

// **外观类：家庭影院外观**
class HomeTheaterFacade {
private:
    Player player;
    Projector projector;
    SoundSystem soundSystem;
    LightSystem lightSystem;

public:
    HomeTheaterFacade() {}

    // 一键启动家庭影院
    void startMovie(const string& movie) {
        cout << "正在启动家庭影院系统..." << endl;
        lightSystem.dimLights();
        player.turnOn();
        projector.turnOn();
        projector.setMode("影院模式");
        soundSystem.turnOn();
        soundSystem.setVolume(50);
        player.playMovie(movie);
        cout << "家庭影院已准备好，享受您的电影吧！" << endl;
    }

    // 一键关闭家庭影院
    void stopMovie() {
        cout << "正在关闭家庭影院系统..." << endl;
        player.turnOff();
        projector.turnOff();
        soundSystem.turnOff();
        lightSystem.brightenLights();
        cout << "家庭影院系统已关闭。" << endl;
    }
};

// **客户端：调用外观类**
int main() {
    HomeTheaterFacade homeTheater;

    cout << "### 开始观看电影 ###" << endl;
    homeTheater.startMovie("盗梦空间");

    cout << "\n### 停止观看电影 ###" << endl;
    homeTheater.stopMovie();

    return 0;
}

---

4. 运行结果

### 开始观看电影 ###
正在启动家庭影院系统...
灯光系统：灯光已调暗。
播放器：已打开。
投影仪：已打开。
投影仪：模式设置为影院模式。
音响：已打开。
音响：音量设置为50。
播放器：正在播放电影《盗梦空间》。
家庭影院已准备好，享受您的电影吧！

### 停止观看电影 ###
正在关闭家庭影院系统...
播放器：已关闭。
投影仪：已关闭。
音响：已关闭。
灯光系统：灯光已恢复正常。
家庭影院系统已关闭。

---

5. 详细解读

1. 子系统类的职责：

   • 每个子系统（播放器、投影仪、音响、灯光）都实现了自己的具体功能，比如打开设备、设置模式、调整音量等。

2. 外观类的作用：

   • 外观类HomeTheaterFacade将这些子系统的复杂操作封装成两个方法：startMovie()和stopMovie()。客户端只需要调用这两个方法，而不需要知道内部的细节。

3. 客户端的简化：

   • 客户端只需创建外观类对象，并调用简单的接口即可完成复杂的操作逻辑。
   • 如果没有外观模式，客户端需要逐一调用每个子系统的接口，会非常繁琐。

---

6. 优点总结

1. 简化接口： 客户端不需要了解多个子系统的复杂操作。
2. 降低耦合： 外观类与子系统解耦，子系统的变化不会影响客户端。
3. 易于扩展： 如果增加新的子系统（比如空调），只需修改外观类，不影响客户端。

---

7. 扩展案例：增加空调系统

如果家庭影院中新增一个"空调系统"，只需要增加子系统类，并修改外观类即可：

新增代码：

// **子系统5：空调**
class AirConditioner {
public:
    void turnOn() {
        cout << "空调：已打开。" << endl;
    }
    void turnOff() {
        cout << "空调：已关闭。" << endl;
    }
    void setTemperature(int temp) {
        cout << "空调：温度设置为" << temp << "度。" << endl;
    }
};

// 在外观类中添加空调的逻辑
class HomeTheaterFacade {
private:
    Player player;
    Projector projector;
    SoundSystem soundSystem;
    LightSystem lightSystem;
    AirConditioner airConditioner;

public:
    void startMovie(const string& movie) {
        cout << "正在启动家庭影院系统..." << endl;
        lightSystem.dimLights();
        airConditioner.turnOn();
        airConditioner.setTemperature(22);
        player.turnOn();
        projector.turnOn();
        projector.setMode("影院模式");
        soundSystem.turnOn();
        soundSystem.setVolume(50);
        player.playMovie(movie);
        cout << "家庭影院已准备好，享受您的电影吧！" << endl;
    }

    void stopMovie() {
        cout << "正在关闭家庭影院系统..." << endl;
        player.turnOff();
        projector.turnOff();
        soundSystem.turnOff();
        airConditioner.turnOff();
        lightSystem.brightenLights();
        cout << "家庭影院系统已关闭。" << endl;
    }
};

---

总结

外观模式通过封装复杂系统的内部逻辑，为客户端提供了简单易用的接口，极大地提高了系统的可维护性和可扩展性。这个案例完整地展示了外观模式的应用场景和优点，非常适合复杂系统的模块化管理。