桥接模式（Bridge Pattern）

蔺太微2026-01-04 17:37

本节主要介绍结构型模式中的桥接模式 。为方便理解，从本节开始的设计模式将使用C#编写。

1.概述

桥接模式（Bridge Pattern） 是一种结构型设计模式，用于将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立变化。它使用组合关系代替继承关系，从而降低了抽象和实现这两个可变维度的耦合度。

2.结构

(1) 实现化（Implementor）：定义实现类的接口，供抽象化角色调用

(2) 具体实现化（Concrete Implementor）：实现实现化接口

(3) 抽象化（Abstraction）：定义抽象接口，维护一个对实现化对象的引用

(4) 扩展抽象化（Refined Abstraction）：扩展抽象化，改变和修正父类对抽象化的定义

3.代码示例

(1) 使用不同的引擎渲染图形

假如我们需要使用两种不同的引擎来渲染圆形、正方形和三角形，于是我们定义了一个通用的渲染引擎接口：

C# 复制代码 
// 实现化 - 定义渲染引擎接口
public interface IRenderEngine
{
    // 渲染圆形
    void RenderCircle(float radius);
    // 渲染正方形
    void RenderSquare(float sideLength);
    // 渲染三角形
    void RenderTriangle(float sideLength, float sideHeight);
}

有了渲染引擎的接口，我们便可以具体实现化该引擎接口：

  • OpenGL
C# 复制代码 
// OpenGL渲染引擎实现
public class OpenGLRenderer : IRenderEngine
{
    // 渲染圆形
    public void RenderCircle(float radius)
    {
        Console.WriteLine($"OpenGL:绘制圆形,半径:{radius}");
    }
    // 渲染正方形
    public void RenderSquare(float sideLength)
    {
        Console.WriteLine($"OpenGL:绘制正方形,边长:{sideLength}");
    }
    // 渲染三角形
    public void RenderTriangle(float sideLength, float sideHeight)
    {
        Console.WriteLine($"OpenGL:绘制三角形,底:{sideLength},高:{sideHeight}");
    }
}
  • DirectX
C# 复制代码 
// DirectX渲染引擎实现
public class DirectXRenderer : IRenderEngine
{
    // 渲染圆形
    public void RenderCircle(float radius)
    {
        Console.WriteLine($"DirectX:绘制圆形,半径:{radius}");
    }
    // 渲染正方形
    public void RenderSquare(float sideLength)
    {
        Console.WriteLine($"DirectX:绘制正方形,边长:{sideLength}");
    }
    // 渲染三角形
    public void RenderTriangle(float sideLength, float sideHeight)
    {
        Console.WriteLine($"DirectX:绘制三角形,底:{sideLength},高:{sideHeight}");
    }
}

接下来，我们就能够通过渲染引擎接口去绘制图形了。

由于图形有三种，我们需要先定义一个形状抽象类，后续实现类便可以通过继承该类对形状进行各自的具体实现。

C# 复制代码 
// 定义形状抽象类
public abstract class Shape
{
    // 渲染引擎的载体
    protected IRenderEngine? renderEngine;
    // 构造函数，接受一个渲染引擎实例
    protected Shape(IRenderEngine? renderEngine)
    {
        this.renderEngine = renderEngine;
    }
    // 抽象方法，绘制形状
    public abstract void Draw();
    // 抽象方法，调整形状大小
    public abstract void Resize(float factor);
}

====================

// 定义圆形类，继承自形状抽象类
public class Circle : Shape
{
    private float radius;
    public Circle(float radius,IRenderEngine? renderEngine) : base(renderEngine)
    {
        this.radius = radius;
    }
    // 绘制圆形
    public override void Draw()
    {
        renderEngine?.RenderCircle(radius);
    }
    // 调整圆形大小
    public override void Resize(float factor)
    {
        // 调整半径
        radius *= factor;// 将当前半径乘以系数
        // 输出调整后的半径
        Console.WriteLine($"圆形大小调整为:半径{radius}");
    }
}

====================

// 定义正方形类，继承自形状抽象类
public class Square : Shape
{
    private float sideLength;
    public Square(float sideLength, IRenderEngine? renderEngine) : base(renderEngine)
    {
        this.sideLength = sideLength;
    }
    // 绘制正方形
    public override void Draw()
    {
        renderEngine?.RenderSquare(sideLength);
    }
    // 调整正方形大小
    public override void Resize(float factor)
    {
        // 调整边长
        sideLength *= factor;// 将当前边长乘以系数
        // 输出调整后的边长
        Console.WriteLine($"正方形大小调整为:边长{sideLength}");
    }
}

====================

// 定义三角形类，继承自形状抽象类
public class Triangle : Shape
{
    private float sideLength;
    private float sideHeight;
    public Triangle(float sideLength, float sideHeight, IRenderEngine? renderEngine) : base(renderEngine)
    {
        this.sideLength = sideLength;
        this.sideHeight = sideHeight;
    }
    // 绘制三角形
    public override void Draw()
    {
        renderEngine?.RenderTriangle(sideLength, sideHeight);
    }
    // 调整三角形大小
    public override void Resize(float factor)
    {
        // 调整底和高
        sideLength *= factor;// 将当前底乘以系数
        sideHeight *= factor;// 将当前高乘以系数
        // 输出调整后的底和高
        Console.WriteLine($"三角形大小调整为:底{sideLength},高{sideHeight}");
    }
}

最后便是在客户端对图形进行绘制：

C# 复制代码 
Console.WriteLine("Hello, World!");

//  创建不同的渲染引擎实例
IRenderEngine openGL = new OpenGLRenderer();
IRenderEngine directX = new DirectXRenderer();

Console.WriteLine("== 使用OpenGL渲染 ==");

// 创建不同形状，使用OpenGL渲染
Shape circle = new Circle(5, openGL);
Shape square = new Square(10, openGL);
Shape triangle = new Triangle(6, 8, openGL);

circle.Draw();
square.Draw();
triangle.Draw();

Console.WriteLine("\n=== 使用DirectX渲染 ===");

// 创建不同形状，使用DirectX渲染
circle = new Circle(5, directX);
square = new Square(10, directX);
triangle = new Triangle(6, 8, directX);

circle.Draw();
square.Draw();
triangle.Draw();

Console.WriteLine("\n=== 调整大小测试 ===");

// 调整大小测试
circle.Resize(2);
circle.Draw();

square.Resize(0.5f);
square.Draw();

// 动态切换渲染引擎（实际应用中可能更复杂）
Console.WriteLine("\n=== 动态切换渲染引擎 ===");

Shape shape = new Circle(7, openGL);
shape.Draw();

// 在实际应用中，可能需要更复杂的方式来动态切换渲染引擎
// 这里仅为演示
Console.WriteLine("切换到DirectX渲染...");
// 注：在实际设计中，可能需要重构Shape类以支持动态切换渲染引擎

于是我们在控制台中得到如下效果：

bash 复制代码 
Hello, World!
== 使用OpenGL渲染 ==
OpenGL:绘制圆形,半径:5
OpenGL:绘制正方形,边长:10
OpenGL:绘制三角形,底:6,高:8

=== 使用DirectX渲染 ===
DirectX:绘制圆形,半径:5
DirectX:绘制正方形,边长:10
DirectX:绘制三角形,底:6,高:8

=== 调整大小测试 ===
圆形大小调整为:半径10
DirectX:绘制圆形,半径:10
正方形大小调整为:边长5
DirectX:绘制正方形,边长:5

=== 动态切换渲染引擎 ===
OpenGL:绘制圆形,半径:7
切换到DirectX渲染...

如果你看过上例仍不能理解，下面可以再举一例。

(2) 消息发送系统

现在我们有一个消息发送系统，它能通过邮件、短信和推送向用户发送三类信息------普通消息、紧急信息和加密信息。

所以我们需要一个承载消息发送方式的接口：

C# 复制代码 
// 消息发送接口
public interface IMessageSender
{
    void SendMessage(string title, string body, string recipient);
}

通过接口可以实现三种具体的发送方式：

C# 复制代码 
// 邮件发送实现类
public class EmailSender : IMessageSender
{
    public void SendMessage(string title, string body, string recipient)
    {
        Console.WriteLine($"发送邮件到:{recipient}");
        Console.WriteLine($"标题:{title}");
        Console.WriteLine($"内容:{body}");
        Console.WriteLine($"--- 邮件已经发送 ---\n");
    }
}

====================

// 短信发送实现类
public void SendMessage(string title, string body, string recipient)
{
    Console.WriteLine($"发送短信到: {recipient}");
    Console.WriteLine($"{title}: {body}");
    Console.WriteLine("--- 短信已发送 ---\n");
}

====================

// 推送通知发送实现类
public class PushNotificationSender : IMessageSender
{
    public void SendMessage(string title, string body, string recipient)
    {
        Console.WriteLine($"发送推送通知到: {recipient}");
        Console.WriteLine($"{title}: {body}");
        Console.WriteLine("--- 推送通知已发送 ---\n");
    }
}

再使用抽象出一个消息类用于对消息内容进行对消息的初步定义，其中包含消息的基本属性和发送方法。

C# 复制代码 
// 抽象消息类:对消息的初步定义，包含消息的基本属性和发送方法
public abstract class Message
{
    protected IMessageSender? messageSender;

    public string? Title { get; set; }
    public string? Body { get; set; }
    public string? Recipient { get; set; }

    protected Message(IMessageSender? messageSender)
    {
        this.messageSender = messageSender;
    }

    public abstract void Send();

    // 可以添加其它的方法
    // 例如验证消息内容是否合法
    public void Validate()
    {
        if (string.IsNullOrEmpty(Recipient))
            throw new ArgumentException("收件人不能为空");

        if (string.IsNullOrEmpty(Title))
            throw new ArgumentException("标题不能为空");
    }
}

通过对抽象类的具体实现便得到了三种具体的消息类型：

C# 复制代码 
// 普通信息类
public class NormalMessage : Message
{
    public NormalMessage(IMessageSender? messageSender) : base(messageSender)
    {
    }

    public override void Send()
    {
        Validate();
        Console.WriteLine("发送普通信息......");
        messageSender?.SendMessage(Title!, Body!, Recipient!);// 使用非空断言运算符，因为在 Validate 方法中已经验证过这些属性不为空
    }
}

====================

// 紧急信息类
public class UrgentMessage : Message
{
    public UrgentMessage(IMessageSender? messageSender) : base(messageSender)
    {
    }
    public override void Send()
    {
        Validate();
        Console.WriteLine("发送紧急信息......");
        messageSender?.SendMessage($"[紧急]{Title!}", Body!, Recipient!);// 使用非空断言运算符，因为在 Validate 方法中已经验证过这些属性不为空
    }
}

====================

public class EncryptedMessage : Message
{
    public EncryptedMessage(IMessageSender? messageSender) : base(messageSender)
    {
    }
    public override void Send()
    {
        Validate();
        Console.WriteLine("发送加密信息......");
        // 简单的加密示例：将正文进行Base64编码
        string encryptedBody = Encrypt(Body!);
        messageSender?.SendMessage($"[加密]{Title!}", encryptedBody, Recipient!);// 使用非空断言运算符，因为在 Validate 方法中已经验证过这些属性不为空
    }
    // 简单的加密方法（Base64编码）
    private string Encrypt(string text)
    {
        return Convert.ToBase64String(Encoding.UTF8.GetBytes(text));
    }
}

最后让我们在客户端模拟消息发送的过程。

C# 复制代码 
Console.WriteLine("Hello, World!");

// 创建不同的消息发送方式
IMessageSender emailSender = new EmailSender();
IMessageSender smsSender = new SmsSender();
IMessageSender pushSender = new PushNotificationSender();

Console.WriteLine("=== 邮件发送示例 ===");

// 发送普通邮件
Message emailMessage = new NormalMessage(emailSender)
{
    Title = "会议通知",
    Body = "明天下午3点召开项目会议",
    Recipient = "zhangsan@company.com"
};
emailMessage.Send();

// 发送紧急邮件
Message urgentEmail = new UrgentMessage(emailSender)
{
    Title = "系统维护",
    Body = "今晚12点系统将进行维护",
    Recipient = "all@company.com"
};
urgentEmail.Send();

Console.WriteLine("=== 短信发送示例 ===");

// 发送短信
Message smsMessage = new NormalMessage(smsSender)
{
    Title = "验证码",
    Body = "您的验证码是: 123456",
    Recipient = "13800138000"
};
smsMessage.Send();

Console.WriteLine("=== 推送通知示例 ===");

// 发送推送通知
Message pushMessage = new EncryptedMessage(pushSender)
{
    Title = "新消息",
    Body = "您有一条新的私密消息",
    Recipient = "device_token_abc123"
};
pushMessage.Send();

// 演示动态切换发送方式
Console.WriteLine("=== 动态切换发送方式 ===");

Message message = new UrgentMessage(emailSender)
{
    Title = "测试消息",
    Body = "这是一条测试消息",
    Recipient = "test@example.com"
};
message.Send();

// 在实际应用中，可以根据条件动态选择发送方式
Console.WriteLine("根据用户偏好切换发送方式...");
// 这里可以根据业务逻辑选择不同的发送方式

控制台输出结果：

bash 复制代码 
Hello, World!
=== 邮件发送示例 ===
发送普通信息......
发送邮件到:zhangsan@company.com
标题:会议通知
内容:明天下午3点召开项目会议
--- 邮件已经发送 ---

发送紧急信息......
发送邮件到:all@company.com
标题:[紧急]系统维护
内容:今晚12点系统将进行维护
--- 邮件已经发送 ---

=== 短信发送示例 ===
发送普通信息......
发送短信到: 13800138000
验证码: 您的验证码是: 123456
--- 短信已发送 ---

=== 推送通知示例 ===
发送加密信息......
发送推送通知到: device_token_abc123
[加密]新消息: 5oKo5pyJ5LiA5p2h5paw55qE56eB5a+G5raI5oGv
--- 推送通知已发送 ---

=== 动态切换发送方式 ===
发送紧急信息......
发送邮件到:test@example.com
标题:[紧急]测试消息
内容:这是一条测试消息
--- 邮件已经发送 ---

根据用户偏好切换发送方式...

4.桥接模式的优势

优点：

分离抽象和实现：抽象和实现可以独立扩展，不会相互影响

提高系统可扩展性：可以独立地对抽象和实现进行扩展

实现细节对客户透明：客户可以专注于抽象接口，而不必关心具体实现

符合开闭原则：新增抽象或实现时，不需要修改现有代码

缺点：

增加系统复杂度：需要正确地识别出系统中两个独立变化的维度

需要正确设计抽象接口：设计难度相对较大

5. 适用场景

当一个类存在两个独立变化的维度，且这两个维度都需要进行扩展时

如：形状（圆形、方形）和颜色（红色、蓝色）

当一个系统不希望使用继承，或因为多层继承导致类的个数急剧增加时

当一个系统需要在构件的抽象化和具体化之间增加更多的灵活性时

常见应用场景：

GUI框架中的窗口和平台实现

跨平台应用程序开发

数据库驱动程序

日志记录器（日志级别和输出目标）

6. 与其他模式的关系

与适配器模式：适配器模式主要改变已有对象的接口，而桥接模式是将抽象和实现分离

与抽象工厂模式：抽象工厂模式可以和桥接模式一起使用，为特定的实现创建合适的抽象

与策略模式：两者结构相似，但意图不同。策略模式关注算法族的选择，桥接模式关注抽象和实现的分离

7. 实际应用建议

识别变化维度：在设计时，仔细分析系统中哪些维度会独立变化

优先使用组合：当发现需要多层继承时，考虑使用桥接模式

避免过度设计：如果变化维度不多或相对稳定，可能不需要使用桥接模式

桥接模式通过将抽象和实现分离，提供了一种比继承更灵活的设计方案，特别适合处理多维度变化的系统设计。

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