设计模式Python版 桥接模式

前言

GOF设计模式分三大类：

• 创建型模式：关注对象的创建过程，包括单例模式、简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、原型模式和建造者模式。
• 结构型模式：关注类和对象之间的组合，包括适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰模式、外观模式、享元模式和代理模式。
• 行为型模式：关注对象之间的交互，包括职责链模式、命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板方法模式和访问者模式。

一、桥接模式

桥接模式（Bridge Pattern）

• 定义：将抽象部分与其实现部分分离，使它们都可以独立地变化。

• 解决问题：如何避免在多层继承结构中类的个数出现爆炸式增长？

• 使用场景：

  • 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。
  • 不希望使用继承导致类爆炸的情况。在很多情况下，桥接模式可以取代多层继承方案。

• 组成：

  • 抽象类（Abstraction）：定义抽象类的接口。维护一个实现对象（Implementor）的引用。
  • 扩充抽象类（RefinedAbstraction）：扩展抽象类的接口。
  • 实现类接口（Implementor）：定义实现类的接口，这个接口不一定要与抽象接口相同，实际上这两个接口可以完全不同。实现类接口提供基本操作，这些操作在子类中被细化。
  • 具体实现类（ConcreteImplementor）：实现实现者接口并定义它的具体实现。

• 补充说明：

  • 在使用桥接模式时，首先应该识别出一个类所具有的两个独立变化的维度，将它们设计为两个独立的继承等级结构，为两个维度都提供抽象层，并建立抽象耦合。
  • 如果系统中某个类存在两个独立变化的维度，通过该模式可以将这两个维度分离出来，使两者可以独立扩展，让系统更加符合单一职责原则。
  • 桥接模式用一种巧妙的方式处理多层继承存在的问题。桥接模式采用抽象关联取代了传统的多层继承，将类之间的静态继承关系转换为动态的对象组合关系。
  • 桥接模式中体现了很多面向对象设计原则的思想，包括单一职责原则、开闭原则、合成复用原则、里氏代换原则、依赖倒转原则等。

• 优点：

  • 在桥接模式中体现了很多面向对象设计原则的思想，包括单一职责原则、开闭原则、合成复用原则、里氏代换原则、依赖倒转原则等。
  • 扩展方便，无须修改已有代码，且不会导致类的数目增长过快。

• 缺点：

  • 增加系统的理解与设计难度。由于关联关系建立在抽象层，要求开发者一开始就针对抽象层进行设计与编程。

二、桥接模式示例

使用桥接模式设计跨平台图像浏览系统

• 维度一（抽象部分）：图像文件格式 BMP JPG GIF PNG
• 维度二（具体部分）：操作系统 Windows Linux UNIX

"""抽象类"""


class Image:
    def __init__(self, imp: "ImageImp"):
        self.imp = imp  # 关联关系（桥）建立在抽象层

    def parse_file(self, file_name: str):
        raise NotImplementedError


"""扩充抽象类"""


class JPGImage(Image):
    def parse_file(self, file_name):
        # 模拟解析JPG文件并获得一个像素矩阵对象m
        self.imp.do_paint()
        print(f"{file_name}，格式为JPG。")


class PNGImage(Image):
    def parse_file(self, file_name):
        # 模拟解析PNG文件并获得一个像素矩阵对象m
        self.imp.do_paint()
        print(f"{file_name}，格式为PNG。")


class BMPImage(Image):
    def parse_file(self, file_name):
        # 模拟解析BMP文件并获得一个像素矩阵对象m
        self.imp.do_paint()
        print(f"{file_name}，格式为BMP。")


class GIFImage(Image):
    def parse_file(self, file_name):
        # 模拟解析GIF文件并获得一个像素矩阵对象m
        self.imp.do_paint()
        print(f"{file_name}，格式为GIF。")


"""实现类接口"""


class ImageImp:
    def do_paint(self):
        raise NotImplementedError


"""具体实现类"""


class WindowsImp(ImageImp):
    def do_paint(self):
        # 调用Windows系统的绘制函数绘制像素矩阵
        print("在Windows操作系统中显示图像：")


class LinuxImp(ImageImp):
    def do_paint(self):
        # 调用Linux系统的绘制函数绘制像素矩阵
        print("在Linux操作系统中显示图像：")


class UnixImp(ImageImp):
    def do_paint(self):
        # 调用Unix系统的绘制函数绘制像素矩阵
        print("在Unix操作系统中显示图像：")

客户端代码

• 对于客户端而言，可以针对两个维度的抽象层编程。
• 在程序运行时再动态确定两个维度的子类，动态组合对象，将两个独立变化的维度完全解耦，以便能够灵活地扩充任一维度而对另一维度不造成任何影响。

imp = WindowsImp()  # 也可以在程序运行时获取操作系统信息来确定操作系统类型
image = JPGImage(imp)  # 也可以通过分析图像文件格式扩展名来确定具体的文件格式
image.parse_file("蒙娜丽莎")

输出结果

在Windows操作系统中显示图像：
蒙娜丽莎，格式为JPG。

三、桥接模式与适配器模式的联用

示例报表处理

• 报表处理模块中，需要将报表显示和数据采集分开，系统可以有多种报表显示方式，也可以有多种数据采集方式

• 桥接模式与适配器模式联用示意图

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