设计模式(7) 桥接模式(BRIDGE)

2023-12-18 10:08:34

问题聚焦：

上一节讲了对象结构型模式，其主要的思想是对象的组合。并接触了一个典型的适配器模式。

这一节再讲一个常用的桥接模式，其主要的思想是抽象部分与实现部分的分离，使得抽象部分与系统平台分离开来，从而实现可移植性。

桥接主要指抽象部分和实现部分之间的关系。

意图：

将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。

别名：Handle/Body

动机：

当一个抽象可能有多个实现时，通常的思路为继承出多个功能类似又各司其职的子类。

继承的方法的缺点是：抽象部分与它的实现部分过分紧密，使得难以对抽象部分和实现部分独立地进行修改、扩充和重用。

考虑下面的这个例子：

一个用户界面工具箱，可移植。同时支持X Window System和IBM的PM系统。运用继承机制，我们可以定义Window抽象类和它的两个子类XWindow与PMWindow，由它们分别实现不同系统平台上的Window界面。

这个实现的不足之处在于：

1）扩展Window抽象使之适用于不同种类的窗口或新的系统平台很不方便。

假设Window有一个子类IconWindow专门负责图标的处理，为了支持两种平台，必须实现两个新类XIconWindow和PMIconWindow。即如果我们需要支持各种功能的组件，不得不为每种组件实现两种子类。

2）继承机制使得客户代码与平台相关。结果就是，客户代码同时也要依赖当前的平台，会使得客户代也很难移植到其他平台上去。

改进目标：客户在创建代码时，不涉及到其具体实现部分，仅仅是窗口的实现部分依赖于应用运行的平台。这样，客户代码在创建窗口时就不涉及到特定的平台了。

用桥接模式解决这个问题。

将Window抽象和它的实现部分分别放在独立的类层次结构中。
其中一个类层次结构针对窗口接口。
另一个独立的类层次结构针对平台相关的窗口实现部分，这个类层次结构的根类为WindowImp。

对Window子类的所有操作都是用WindowImp接口中的抽象操作实现。这就将窗口的抽象与系统平台相关的实现部分分离开来。因此，我们将Window与WindowImp之间的关系称之为桥接。

适用性：

一下情况使用Bridge模式：

你不希望在抽象和它的实现部分之间有一个固定的绑定关系。如在程序运行时刻实现部分应可以被选择或者切换。
类的抽象以及它的实现都应该可以通过生成子类的方法加以扩充。这时，桥接模式使你可以对不同的抽象接口和实现部分进行组合，并分别扩充。
对一个抽象的实现部分的修改应对客户不产生影响，即客户的挨骂不必重新编译。
你想对客户完全隐藏抽象的实现部分，在C++中，类的表示在类接口中是可见的。
想在多个对象间共享实现，但同时要求客户并不知道这一点。

结构：

参与者：

Abstraction（Window）：定义抽象类的接口；维护一个指向Implementor类型对象的指针；
RefinedAbstraction（IconWindow）：扩充由Abstraction定义的接口
Implementor（WindowImp）：定义实现类的接口，提供基本操作，Abstraction则定义了基于这些基本操作的较高层次的操作。
ConcreteImplementor（XwindowImp，PMWindowImp）：实现Implementor接口并定义它的具体实现。

协作：

Abstraction将client的请求转发给它的Implementor对象。

效果：主要说明桥接模式的优点

分离接口及其实现部分：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
提高可扩充性
实现细节对客户透明

实现：

使用桥接模式时，需要注意以下一些问题

1 仅有一个Implementor：在仅有一个实现的时候，没有必要创建一个抽象的Implementor类。

2 创建正确的Implementor：

当存在多个Implementor类的时候，你应该用何种方法，在何时何处确定创建哪一个Implementor类呢？

如果Abstraction知道所有的ConcreteImplementor类，它就可以在它的构造器中对其中的一个类进行实例化，它可以通过传递给构造器的参数确定实例化哪一个类。另外一种方法是首先选择一个缺省的实现，然后根据需要改变这个实现。

也可以代理给另一个对象，由它一次决定。在Window/WindowImp例子中，我们可以引入一个factory对象，该对象的唯一职责就是封装系统平台的细节，这个对象知道应该为所用的平台创建何种类型的WindowImp对象，Window仅需要向它请求一个WindowImp，而它会返回正确类型的WindowImp对象。这种方法的有点是，Abstraction类不和任何一个Implemetor类直接耦合。

3 共享Implementor对象：引入引用计数器机制。

4 采用多重继承机制：在C++中可以使用多重继承机制将抽象接口和它的实现部分结合起来。

代码示例：

下面的代码实现上面的Window/WindowImp的例子。

Window类为客户应用程序定义了窗口抽象类。

class Window
{
public:
    Window(View*contents);
    
    // requests handled by window
    virtual void DrawContents();
    virtual void Open();
    virtual void Close();
    virtual void Iconify();
    virtual void Deiconify();

    // requests forwarded to implementation
    virtual void SetOrigin(const Points& at);
    virtual void SetExtent(const Points& extent);
    virtual void Raise();
    virtual void Lower();
    virtual void DrawLine(const Point&, const Point&);
    virtual void DrawRect(const Point&, const Point&);
    virtual void DrawPolygon(const Point[], int n);
    virtual void DrawText(const char*, const Points&);

protected:
    WindowImp* GetWindowImp();
    View* GetView();
private:
    WindowImp* _imp;
    View* _contents;
};

Window维护一个对WindowImp的引用，WindowImp抽象类定义了一个对底层窗口系统的接口

class WindowImp
{
public:
    virtual void ImpTop() = 0;
    virtual void ImpBottom() = 0;
    virtual void ImpSetExtent(const Point&) = 0 ;
    virtual void ImpSetOrigin(const Point&) = 0;

    virtual void DeviceRect(Coord, Coord, Coord, Coord) = 0;
    virtual void DeviceText(const char*, Coord, Coord) = 0;
    virtual void DeviceBitmap(const char*, Cood, Coord) = 0;
    // lots more functions for drawing on windows...
protected:
    WindowImp();
};

Window的子类定义了应用差您工序可能用到的不同类型的窗口，如应用窗口，图标，对话框临时窗口，以及工具箱的移动面板等。

如ApplicationWindow类将实现DrawContents操作以绘制它所存储逇View示例：

class ApplicationWindow ： public Window
{
public:
    virtual void DrawContents();
};

void ApplicationWindow::DrawContents()
{
    GetView()->DrawOn(this);
}

又如，IconWindow存储了它所显示的图标对应的位图名。（代码省略）

我们还可以定义许多其他类型的窗口类。

Window的操作由WindowImp的接口定义。

例如，在调用WidowImp来操作在窗口中绘制矩形之前，DrawRect必须从它的两个Point参数中提取四个坐标值。

void Window::DrawRect(const Point& p1,const Point& p2)
{
    WindowImp* imp = GetWindowImp();
    imp->DeviceRect(p1.X(), p1.Y(), p2.X(), p2.Y());
}

具体的WindowImp子类可支持不同的窗口系统。XwindowImp子类支持XWindow窗口系统。

class XWindowImp : public WindowImp
{
public:
    XWindowImp();
       
    virtual void DeviceRect(Coord, Coord, Coord, Coord);
private:
    // lots of X Window system-specific state, including:
    Display* _dpy;
    Drawable _winid;
    GC _gc;
};

对于PM系统，我们定义PMWindowImp类。（代码省略）

这些子类用窗口系统的基本操作实现WindowImp的操作

如，X窗口系统这样实现DeviceRect：

void XWindowImp::DeviceRect()
{
    int x = round(min(x0, x1));
    int y = round(min(y0, y1));
    int w = round(abs(x0 - x1));
    int h = round(abs(x0 - x1));
    XDrawRectangle(_dpy, _winid, _gc, x, y, w, h);
}

而PM对相同操作的实现可能完全不一样，这使基于平台的实现。

那么一个窗口怎样得到正确而WindowImp子类的实例呢？

可以在Window的GetWindowImp操作中，从一个抽象工厂得到一个正确的实例。

WindowImp * Window::GetWindow() 
{
    if (_imp == 0)
    {
        _imp = WindowSystemFactory::Instance()->MakeWindowImp();    // WindowSystemFactory::Instance()函数返回一个抽象工厂
                                                                                                                      // 该工厂负责处理所有与特定窗口系统相关的对象
                                                                                                                      // 同时，这个抽象工厂实现称了一个单件（单例模式）
    }
    return _imp;
}

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