桥接模式实战：用万能遥控器控制多品牌电视

桥接模式实战：用万能遥控器控制多品牌电视

一、什么是桥接模式？

桥接模式的核心思想是"将抽象部分与实现部分分离，使它们都可以独立地变化"。简单来说，当一个系统需要从两个或多个维度进行扩展时，桥接模式通过"组合"而非"继承"的方式，将这些维度连接起来，避免因维度组合产生的"类爆炸"问题。

举个直观的例子：如果有2个电视品牌（Sony、TCL）和3种操作（开机、关机、换台），用传统继承的方式需要创建2×3=6个类；如果再增加1个品牌和1种操作，需要新增3+2=5个类。而用桥接模式，新增1个品牌只需加1个类，新增1种操作也只需加1个类------这就是桥接模式的核心价值：让每个维度可以独立扩展，彼此不受影响，降低耦合性。

二、案例场景：小明的万能遥控器

小明新家有两台电视：一台Sony客厅电视，一台TCL卧室电视。他买了一个"万能遥控器"，有三个按钮分别对应"开机""关机""切换频道"，并且能自动适配不同品牌的电视。

这个场景中存在两个独立变化的维度：

1. 电视品牌维度：目前有Sony、TCL，未来可能增加三星、小米等；
2. 操作类型维度：目前有开机、关机、切换频道，未来可能增加调节音量、切换信号源等。

这正是桥接模式的典型应用场景------通过"遥控器"这个"桥"，将"操作"和"电视品牌"两个维度连接起来，实现灵活组合。

三、桥接模式的UML图

通用桥接模式UML图

桥接模式包含4个核心角色，其通用结构如下：

角色说明：

1. Abstraction（抽象化角色）：定义抽象接口，持有一个Implementor对象的引用（即"桥"）；
2. RefinedAbstraction（扩展抽象化角色）：继承Abstraction，扩展其功能；
3. Implementor（实现化角色）：定义实现类的接口，供Abstraction调用；
4. ConcreteImplementor（具体实现化角色）：实现Implementor接口，提供具体功能。

本例的UML图

结合"万能遥控器控制电视"的场景，UML图如下：

角色映射：

1. Abstraction ：RemoteControl（遥控器抽象类，持有TV引用）；
2. RefinedAbstraction ：PowerOperation、OffOperation、ChannelSwitchOperation（具体操作）；
3. Implementor ：TV（电视接口，定义核心操作）；
4. ConcreteImplementor ：SonyTV、TCLTV（具体品牌电视）。

四、代码实现与解析

下面用C++实现这个场景，完整代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

using namespace std;

// 步骤1: 定义实现化接口（Implementor）------ TV
class TV {
public:
    virtual void turnOn() = 0;
    virtual void turnOff() = 0;
    virtual void switchChannel() = 0;
    virtual ~TV() = default;
};

// 步骤2: 实现具体实现化类（ConcreteImplementor）
class SonyTV : public TV {
public:
    void turnOn() override {
        cout << "Sony TV is ON" << endl;
    }

    void turnOff() override {
        cout << "Sony TV is OFF" << endl;
    }

    void switchChannel() override {
        cout << "Switching Sony TV channel" << endl;
    }
};

class TCLTV : public TV {
public:
    void turnOn() override {
        cout << "TCL TV is ON" << endl;
    }

    void turnOff() override {
        cout << "TCL TV is OFF" << endl;
    }

    void switchChannel() override {
        cout << "Switching TCL TV channel" << endl;
    }
};

// 步骤3: 定义抽象化角色（Abstraction）------ RemoteControl
class RemoteControl {
protected:
    TV* tv;  // 桥接TV对象

public:
    RemoteControl(TV* tv) : tv(tv) {}
    virtual void performOperation() = 0;
    virtual ~RemoteControl() = default;
};

// 步骤4: 实现扩展抽象化类（RefinedAbstraction）
class PowerOperation : public RemoteControl {
public:
    using RemoteControl::RemoteControl;

    void performOperation() override {
        tv->turnOn();
    }
};

class OffOperation : public RemoteControl {
public:
    using RemoteControl::RemoteControl;

    void performOperation() override {
        tv->turnOff();
    }
};

class ChannelSwitchOperation : public RemoteControl {
public:
    using RemoteControl::RemoteControl;

    void performOperation() override {
        tv->switchChannel();
    }
};

// 步骤5: 客户端代码（不使用sstream，手动解析输入）
int main() {
    int N;
    cin >> N;
    cin.ignore();  // 忽略换行符

    for (int i = 0; i < N; i++) {
        string input;
        getline(cin, input);
        
        // 手动解析输入中的两个整数（品牌和操作）
        int brand = 0, operation = 0;
        int pos = 0;
        // 解析品牌（第一个数字）
        while (pos < input.size() && input[pos] != ' ') {
            brand = brand * 10 + (input[pos] - '0');
            pos++;
        }
        pos++;  // 跳过空格
        // 解析操作（第二个数字）
        while (pos < input.size()) {
            operation = operation * 10 + (input[pos] - '0');
            pos++;
        }

        // 创建具体电视
        TV* tv = nullptr;
        if (brand == 0) {
            tv = new SonyTV();
        } else {
            tv = new TCLTV();
        }

        // 创建具体操作
        RemoteControl* remoteControl = nullptr;
        if (operation == 2) {
            remoteControl = new PowerOperation(tv);
        } else if (operation == 3) {
            remoteControl = new OffOperation(tv);
        } else {
            remoteControl = new ChannelSwitchOperation(tv);
        }

        // 执行操作
        remoteControl->performOperation();

        // 释放资源
        delete remoteControl;
        delete tv;
    }

    return 0;
}

代码解析：

1. 实现化维度（TV） ：TV接口定义了电视的核心操作，SonyTV和TCLTV分别实现了具体品牌的逻辑。未来新增品牌时，只需继承TV并实现接口，无需修改其他代码；
2. 抽象化维度（RemoteControl） ：RemoteControl作为抽象遥控器，通过成员变量tv持有TV指针，形成连接两个维度的"桥"。PowerOperation等子类则实现了具体操作逻辑，新增操作时只需继承RemoteControl即可；
3. 桥接的建立 ：客户端通过将TV对象传入RemoteControl子类的构造函数，动态建立两个维度的关联，实现"操作"与"品牌"的灵活组合；
4. 灵活性体现：当需要控制新品牌电视或新增操作时，只需扩展对应维度的类，原有代码无需修改，完全符合"开闭原则"。

五、桥接模式的优势与扩展思考

核心优势

1. 分离抽象与实现：电视品牌和遥控器操作各自独立演化，修改一个维度不会影响另一个维度；
2. 避免类爆炸：假设有M个品牌和N个操作，桥接模式只需M+N个类，而继承方式需要M×N个类；
3. 高扩展性：新增品牌或操作时，只需添加对应类即可，无需修改现有代码；
4. 职责单一：每个类只负责一个维度的逻辑，代码结构清晰，便于维护。

扩展场景思考

1. 新增电视品牌 ：比如添加"小米电视"，只需创建MiTV类继承TV，实现turnOn、turnOff、switchChannel方法，客户端代码无需任何修改；
2. 新增操作 ：比如添加"调节音量"，只需在TV接口中增加adjustVolume方法，然后创建VolumeOperation类继承RemoteControl，在performOperation中调用tv->adjustVolume()；
3. 多维度扩展：如果遥控器还需要支持"红外"和"蓝牙"两种连接方式，可再增加"连接方式"维度，通过桥接模式继续扩展，依然保持低耦合。

桥接模式通过"组合"替代"继承"，完美解决了多维度扩展的问题。在实际开发中，当系统存在多个独立变化的维度（如"产品类型"与"品牌"、"操作"与"设备"）时，桥接模式能显著提升系统的灵活性和可扩展性。

本文桥接模式的核心概念参考自《大话设计模式》场景案例参考卡码网。