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设计模式之桥接模式

news 来源：原创 2025/5/10 0:42:58

问题背景

在现代软件开发中，跨平台兼容性是一个常见的需求。假设我们的任务是开发一个图形编辑器，它需要在不同的操作系统（如 Windows, Linux, MacOS）上运行，并支持多种绘图方式（如矢量绘图和光栅绘图）。目前的挑战是，不同的操作系统和绘图方式要求不同的图形处理API，如何设计一个系统架构，使得图形编辑器可以灵活地扩展到新的平台和绘图技术上，而不需要重写大量的代码？
为了应对这一挑战，我们决定使用桥接模式。通过这种设计模式，我们可以将图形编辑器的用户界面（抽象部分）与后端的具体绘图实现（实现部分）分离，使得两者可以独立地变化和扩展。

问题分析

需求分析：

用户界面需要能够无缝地切换绘图方式或适应不同的操作系统，而不影响用户操作。
后端绘图实现需要根据操作系统的具体情况调用相应的图形API。

设计选择：

我们将设计一个抽象基类 Graphic，它定义了所有图形对象必须实现的绘图方法。
设计一个实现接口 Drawer，具体的绘图方式如矢量绘图和光栅绘图将实现这个接口。
通过一个桥接类来连接抽象部分和实现部分，使得任何对图形的操作都可以独立于具体的绘图方式进行。

代码部分

定义抽象层

class Graphic {
protected:
    Drawer* drawer;  // 桥接到具体的绘图实现

public:
    Graphic(Drawer* drawer) : drawer(drawer) {}
    virtual void draw() = 0;  // 抽象方法，用于绘制图形
    virtual ~Graphic() {}
};

定义实现层

class Drawer {
public:
    virtual void drawCircle(int x, int y, int radius) = 0;
    virtual ~Drawer() {}
};

class RasterDrawer : public Drawer {
public:
    void drawCircle(int x, int y, int radius) override {
        std::cout << "Drawing circle in raster mode at (" << x << ", " << y << ") with radius " << radius << std::endl;
    }
};

class VectorDrawer : public Drawer {
public:
    void drawCircle(int x, int y, int radius) override {
        std::cout << "Drawing circle in vector mode at (" << x << ", " << y << ") with radius " << radius << std::endl;
    }
};

实现桥接类

class Circle : public Graphic {
private:
    int x, y, radius;

public:
    Circle(Drawer* drawer, int x, int y, int radius) : Graphic(drawer), x(x), y(y), radius(radius) {}

    void draw() override {
        drawer->drawCircle(x, y, radius);
    }
};

main调用

#include <iostream>

int main() {
    RasterDrawer rasterDrawer;
    VectorDrawer vectorDrawer;

    Circle circle1(&rasterDrawer, 5, 5, 10);
    circle1.draw();  // Draws using the raster drawer

    Circle circle2(&vectorDrawer, 5, 5, 10);
    circle2.draw();  // Draws using the vector drawer

    return 0;
}

在 main 函数中：

我们创建了 RasterDrawer 和 VectorDrawer 的实例，这些实例分别代表不同的绘图技术。
然后创建了两个 Circle 对象，一个使用 RasterDrawer，另一个使用 VectorDrawer。
通过调用 draw 方法，我们可以看到每个圆形是如何根据其关联的绘图技术被绘制的。

这个示例展示了桥接模式如何在实践中应用，允许切换不同的绘图技术而不影响客户端代码，从而增强了代码的可维护性和扩展性。

代码分析

抽象层（Graphic 类）：
- Graphic 类充当抽象层，持有一个类型为 Drawer 的指针，这是一个接口，代表绘图的具体实现。
- 任何继承自 Graphic 的图形类都必须实现 draw 方法，这个方法通过 Drawer 接口调用具体的绘图实现。
实现层（Drawer 接口及其派生类）：
- Drawer 是一个接口，定义了必须实现的绘图方法（如 drawCircle），这里提供了两种绘图方式：矢量和光栅。
- RasterDrawer 和 VectorDrawer 是 Drawer 接口的两个具体实现，它们各自定义了在矢量和光栅模式下如何绘制圆形。
桥接类（Circle 类）：
- Circle 类是 Graphic 的一个具体实现，代表一个圆形图形。它使用 Drawer 接口的实例来执行绘图操作，具体的绘图方式取决于传递给它的 Drawer 实例。
- 在 Circle 的 draw 方法中，调用的是 Drawer 接口的 drawCircle 方法，这样 Circle 类的实例就能独立于绘图的具体实现。

桥接模式的优点：

分离抽象与实现：通过将抽象（如图形对象）与它们的实现（如绘图技术）分离，使得它们可以独立地变化和扩展。
扩展性：可以不修改现有代码的情况下引入新的绘图方法或支持新的操作系统。
单一职责原则：桥接模式有助于将抽象的部分（如图形的定义）和实现的部分（如具体的绘图操作）分开，从而使得每个部分只需关注自身的职责。

通过这种方式，我们的图形编辑器能够更灵活地适应不同的技术需求，同时保持代码的整洁和可维护性。桥接模式为多平台兼容性和功能扩展提供了一个结构化的解决方案，使得软件系统更加健壮和易于管理。

桥接模式的编程要点可以概括为以下几个核心方面：

分离抽象与实现：桥接模式的核心目的是将抽象部分（通常是客户端使用的高级操作）与其实现部分（具体的底层操作）分离，使得两者可以独立变化。在给定的示例中，Graphic类承担了抽象角色，而Drawer接口则是实现角色。
定义实现接口：实现接口定义了底层操作的方法。这些方法不直接由客户端调用，而是通过抽象层的方法间接调用。在示例中，Drawer是一个实现接口，包含了drawCircle方法，用于绘制圆形。
实现具体实现类：具体实现类实现了实现接口定义的方法。这些类具体化了底层的绘图任务，如矢量绘图和光栅绘图。示例中的RasterDrawer和VectorDrawer提供了drawCircle的具体实现。
创建抽象类：抽象类持有一个实现接口的引用，通常在构造函数中接收这个引用。这样设计允许抽象类在不知道具体实现细节的情况下，通过接口来完成任务。在示例中，Graphic类通过含有Drawer类型的成员变量，来桥接具体的绘图实现。
在抽象类中使用实现：抽象类中的方法利用实现接口的对象来执行其任务。这实现了抽象与实现的分离，使得修改实现不会影响到抽象的客户端代码。Circle类中的draw方法就是通过调用drawer->drawCircle来绘制圆形。
扩展和灵活性：通过这种分离，新的实现可以很容易地添加到系统中，而不影响抽象层。同样，抽象层可以发展而不影响到已有的实现。这提高了代码的可维护性和扩展性。