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C++设计模式：桥接模式（Bridge）

article 2024/11/29 4:27:18

什么是桥接模式？

桥接模式（Bridge Pattern）是一个用来解耦的设计模式，它将抽象层和实现层分离开，让它们可以独立变化。用最简单的话来说，就是让你能够改变抽象的功能和具体的实现，而不需要修改对方的代码。

举个例子，想象你在做一个图形绘制的程序，你有很多图形（比如圆形、方形），而且每种图形可能有不同的绘制方式（比如屏幕绘制、打印机绘制）。如果你把所有的图形和绘制方式都写在一起，每次你增加一种新的绘制方式或新图形时，你都要修改大量的代码，这样就会让系统变得很复杂。

桥接模式的思路是：把**图形（抽象）和绘制方式（实现）**分开，每一部分都可以独立变化，互不干扰。这样一来，增加新的图形或者新的绘制方式时，就不需要修改现有的代码，只需要扩展新的类即可。

桥接模式的结构

桥接模式有两个重要部分：

抽象部分（比如图形的类型，如圆形、方形等）
实现部分（比如具体的绘制方式，如屏幕绘制、打印绘制等）

这两个部分通过“桥”连接起来，形成了一个灵活可扩展的结构。下面的代码结构就能帮助你理解这一点。

桥接模式的代码示例

假设我们要实现一个图形绘制的程序，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）。我们来看看怎么用桥接模式来实现。

#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

让我们一步步来解读这段代码，看看桥接模式是如何工作的。

1. 绘图接口（`DrawingAPI`）

class DrawingAPI {
public:
    virtual void drawCircle(double x, double y, double radius) = 0;
    virtual ~DrawingAPI() = default;
};

这个类定义了一个绘制圆形的方法 drawCircle，它只是一个接口，并不做具体的绘制工作。任何具体的绘制方式（比如屏幕绘制、打印机绘制）都需要实现这个接口。

2. 具体的绘图实现（`ScreenDrawingAPI` 和 `PrinterDrawingAPI`）

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，PrinterDrawingAPI 在打印机上绘制圆形。

3. 抽象类（`Shape`）

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，它定义了所有图形的共同接口：draw() 和 resize()。关键是它持有一个 DrawingAPI 的指针，这样它可以将具体的绘制任务委托给实现类。

4. 具体图形类（`Circle`）

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。它通过 drawingAPI 指针来调用具体的绘制方法，实现了与绘制方式的解耦。

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()，我们可以看到两个不同的绘制方式。

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;
}