23种设计模式 - 桥接模式

模式定义

桥接模式（Bridge Pattern）是一种结构型设计模式，其核心是通过将抽象与实现分离，使两者可以独立扩展和变化。该模式通过组合替代继承，有效解决多维变化场景下的类爆炸问题，尤其适用于数控系统中硬件控制与软件逻辑解耦的场景。

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模式结构

抽象部分（Abstraction）

• 定义高层的控制逻辑（如机床操作），并持有实现部分的引用。
  扩展抽象（Refined Abstraction）
• 对抽象部分的扩展（如铣床、车床等具体机床类型）。
  实现接口（Implementor）
• 定义底层操作的接口（如控制器指令执行）。
  具体实现（Concrete Implementor）
• 实现接口的具体类（如西门子、发那科控制器）。

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适用场景

数控系统开发：硬件控制器（如运动控制卡）与软件逻辑（如G代码解析）解耦。
跨平台支持：同一功能在不同控制器品牌上的差异化实现。
多维变化：如机床类型（铣床/车床）与控制协议（Modbus/EtherCAT）独立扩展。

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C++示例（数控系统场景）

场景说明：
数控机床需要支持多种类型（铣床、车床）和不同品牌的控制器（西门子、发那科）。使用桥接模式分离机床操作与底层控制逻辑。

#include 
#include 

// 实现接口：控制器协议
class Controller {
public:
    virtual ~Controller() = default;
    virtual void moveTo(float x, float y) = 0;
    virtual void startSpindle() = 0;
};

// 具体实现：西门子控制器
class SiemensController : public Controller {
public:
    void moveTo(float x, float y) override {
        std::cout << "[西门子] 运动到坐标(" << x << ", " << y << ")\n";
    }
    void startSpindle() override {
        std::cout << "[西门子] 主轴启动，转速2000rpm\n";
    }
};

// 具体实现：发那科控制器
class FanucController : public Controller {
public:
    void moveTo(float x, float y) override {
        std::cout << "[发那科] 移动到坐标(" << x << ", " << y << ")\n";
    }
    void startSpindle() override {
        std::cout << "[发那科] 主轴启动，转速1500rpm\n";
    }
};

// 抽象部分：数控机床
class Machine {
protected:
    std::unique_ptr controller;
public:
    Machine(std::unique_ptr ctrl) : controller(std::move(ctrl)) {}
    virtual void processPart() = 0;
    virtual ~Machine() = default;
};

// 扩展抽象：铣床
class MillingMachine : public Machine {
public:
    using Machine::Machine;  // 继承构造函数
    void processPart() override {
        controller->startSpindle();
        controller->moveTo(10.5, 20.3);
        std::cout << "铣削加工中...\n";
    }
};

// 扩展抽象：车床
class LatheMachine : public Machine {
public:
    using Machine::Machine;
    void processPart() override {
        controller->startSpindle();
        controller->moveTo(5.0, 0);
        std::cout << "车削加工中...\n";
    }
};

// 客户端使用
int main() {
    // 西门子控制铣床
    auto siemensMill = std::make_unique(
        std::make_unique()
    );
    siemensMill->processPart();

    // 发那科控制车床
    auto fanucLathe = std::make_unique(
        std::make_unique()
    );
    fanucLathe->processPart();
    
    return 0;
}

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输出结果

[西门子] 主轴启动，转速2000rpm
[西门子] 运动到坐标(10.5, 20.3)
铣削加工中...
[发那科] 主轴启动，转速1500rpm
[发那科] 移动到坐标(5, 0)
车削加工中...

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优势分析

解耦硬件与软件：新增控制器品牌（如三菱）只需扩展Controller，无需修改机床类。
灵活组合：铣床可自由切换西门子/发那科控制器，运行时动态绑定。
避免类爆炸：若使用继承，M种机床×N种控制器需M×N个类；桥接模式仅需M+N个类。