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C++ 设计模式：门面模式（Facade Pattern）

article 2025/1/3 8:59:57

链接：C++ 设计模式
链接：C++ 设计模式 - 代理模式
链接：C++ 设计模式 - 中介者
链接：C++ 设计模式 - 适配器

门面模式（Facade Pattern）是一种结构型设计模式，它为子系统中的一组接口提供一个一致（稳定）的界面。门面模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用（复用）。

1.问题分析

在开发中，尤其是大型系统中，子系统之间的交互和依赖关系可能非常复杂。客户端需要调用多个子系统的接口来完成一个功能，这会导致以下问题：

复杂性增加：客户端代码需要了解多个子系统的接口和调用顺序，增加了代码的复杂性。
高耦合度：客户端与多个子系统直接交互，导致客户端与子系统之间的耦合度很高，难以维护和扩展。
难以使用：对于新手或不熟悉系统的开发者来说，直接使用多个子系统的接口可能会感到困难。

为了解决这些问题，我们可以使用门面模式。门面模式通过提供一个高层接口，简化了客户端对多个子系统的使用，降低了系统的复杂性和耦合度。

门面模式并非一个集装箱，可以任意地放进任何多个对象。组件的内部应该是“相互耦合关系比较大的一系列组件”，而不是一个简单的功能集合。它更注重从架构的层次去看整个系统，而不是单个类的层次，门面模式很多时候更是一种架构设计模式。

2.实现步骤

定义子系统类：实现子系统的具体功能。每个子系统类负责处理特定的任务，并提供相应的接口供外部调用。
定义Facade类：提供一个高层接口，调用子系统类的功能。Facade类封装了子系统的复杂性，对外提供简化的接口。
客户端代码：通过Facade类来访问子系统的功能。客户端只需要与Facade类交互，而不需要直接与子系统类交互。

3.代码示例

以机器人作为示例。

3.1.定义子系统类

// 运动子系统
class MovementSystem {
 public:
  void start() { std::cout << "Movement system started." << std::endl; }

  void stop() { std::cout << "Movement system stopped." << std::endl; }
};

// 语音子系统
class SpeechSystem {
 public:
  void start() { std::cout << "Speech system started." << std::endl; }

  void stop() { std::cout << "Speech system stopped." << std::endl; }

  void speak(const std::string& message) { std::cout << "Robot says: " << message << std::endl; }
};

// 传感器子系统
class SensorSystem {
 public:
  void activate() { std::cout << "Sensor system activated." << std::endl; }

  void deactivate() { std::cout << "Sensor system deactivated." << std::endl; }

  void readSensors() { std::cout << "Reading sensor data..." << std::endl; }
};

3.2.定义Facade类

// Facade类，提供一个高层接口，封装子系统的复杂性
class RobotFacade {
 public:
  RobotFacade() : movementSystem_(new MovementSystem()), speechSystem_(new SpeechSystem()), sensorSystem_(new SensorSystem()) {}

  ~RobotFacade() {
    delete movementSystem_;
    delete speechSystem_;
    delete sensorSystem_;
  }

  void startRobot() {
    std::cout << "Starting robot..." << std::endl;
    sensorSystem_->activate();
    movementSystem_->start();
    speechSystem_->start();
    speechSystem_->speak("Hello, I am your robot assistant.");
  }

  void stopRobot() {
    std::cout << "Stopping robot..." << std::endl;
    speechSystem_->speak("Goodbye!");
    movementSystem_->stop();
    speechSystem_->stop();
    sensorSystem_->deactivate();
  }

  void performTask(const std::string& task) {
    std::cout << "Performing task: " << task << std::endl;
    sensorSystem_->readSensors();
    speechSystem_->speak("I am performing the task: " + task);
    // 这里可以添加更多的任务逻辑
  }

 private:
  MovementSystem* movementSystem_;
  SpeechSystem* speechSystem_;
  SensorSystem* sensorSystem_;
};

3.3.客户端代码

通过Facade类来访问子系统的功能

int main() {
  RobotFacade robot;

  // 启动机器人
  robot.startRobot();

  // 执行任务
  robot.performTask("cleaning");

  // 停止机器人
  robot.stopRobot();

  return 0;
}