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适配器模式及优化

news 2025/8/8 15:56:43

适配器模式（Adapter Pattern）是一种结构型设计模式，它能使接口不兼容的类可以相互合作。核心思想是通过引入一个适配器类，通过转换接口而非修改实现，将一个类的接口转换成客户端期望的另一个接口，从而解决因接口不匹配而无法直接使用的问题。

一、介绍

核心角色
  1. 目标接口（Target）：客户端期望的接口，定义了客户端可以使用的方法。
  2. 适配者（Adaptee）：需要被适配的现有接口，其方法与目标接口不兼容。
  3. 适配器（Adapter）：实现目标接口，并内部包含适配者的实例，通过转换调用适配者的方法。
适配器模式的适用场景
  1. 集成现有组件
    当需要使用一个已存在的类，但它的接口与系统要求的接口不匹配时（如示例中的旧设备接口）。
  2. 复用遗留代码
    维护旧系统时，需要将新功能与遗留代码集成，而遗留代码的接口无法修改（如第三方库、老旧模块）。
  3. 跨平台兼容
    不同平台提供的功能相同但接口不同（如Windows和Linux的文件操作API），通过适配器统一接口。
  4. 测试与模拟
    单元测试中，需要用模拟对象替代真实对象，但模拟对象的接口与被替代对象不一致时。
优点
  1. 接口兼容性：解决了不同接口之间的冲突，使原本无法协作的类可以一起工作。
  2. 代码复用：无需修改现有类（尤其是第三方库或遗留代码），通过适配实现复用。
  3. 松耦合设计：客户端只依赖目标接口，与适配者类解耦，提高系统灵活性。
  4. 透明性：客户端无需知道适配者的存在，使用方式与目标接口一致（如示例中对新旧设备的调用方式相同）。

二、实现

设备数据格式适配，假设系统中存在两种设备：

  • 旧设备（LegacySensor）：输出数据格式为 (温度, 湿度) 的字符串（如 "25.5,60.0"）。
  • 新设备（ModernSensor）：输出数据格式为结构化的 SensorData（包含温度、湿度成员变量）。
    客户端代码希望统一使用 getSensorData() 方法获取 SensorData 结构，因此需要为旧设备创建适配器，使其接口与新设备一致。
// sensor_adapter.h
#include <string>
#include <sstream>
#include <iostream>// 目标接口：客户端期望的数据格式和方法
struct SensorData {float temperature; // 温度（℃）float humidity;    // 湿度（%）
};class SensorTarget {
public:virtual ~SensorTarget() = default;virtual SensorData getSensorData() = 0; // 客户端统一调用的方法
};// 适配者：旧设备（接口不兼容，输出字符串）
class LegacySensor {
public:// 旧设备的方法：返回"温度,湿度"格式的字符串std::string fetchData() {// 模拟硬件读取（实际中可能是从硬件寄存器读取）return "25.5,60.0";}
};// 适配器：将旧设备接口转换为目标接口
class LegacySensorAdapter : public SensorTarget {
private:LegacySensor* legacySensor; // 包含适配者实例// 辅助方法：解析字符串为SensorDataSensorData parseData(const std::string& data) {SensorData result;std::stringstream ss(data);std::string tempStr, humStr;// 分割字符串（格式："温度,湿度"）std::getline(ss, tempStr, ',');std::getline(ss, humStr, ',');result.temperature = std::stof(tempStr);result.humidity = std::stof(humStr);return result;}public:explicit LegacySensorAdapter(LegacySensor* sensor) : legacySensor(sensor) {}// 实现目标接口：调用旧设备方法并转换格式SensorData getSensorData() override {std::string rawData = legacySensor->fetchData(); // 调用适配者方法return parseData(rawData); // 转换格式并返回}
};// 新设备：直接实现目标接口（无需适配）
class ModernSensor : public SensorTarget {
public:SensorData getSensorData() override {// 模拟硬件读取（直接返回结构化数据）return {26.3, 58.5};}
};// 客户端代码：只依赖目标接口，不关心具体设备类型
void printSensorData(SensorTarget* sensor) {SensorData data = sensor->getSensorData();std::cout << "温度：" << data.temperature << "℃，湿度：" << data.humidity << "%" << std::endl;
}int main() {// 1. 使用新设备（直接实现目标接口）ModernSensor modernSensor;std::cout << "=== 新设备数据 ===" << std::endl;printSensorData(&modernSensor);// 2. 使用旧设备（通过适配器转换接口）LegacySensor legacySensor;LegacySensorAdapter adapter(&legacySensor); // 适配旧设备std::cout << "\n=== 旧设备数据（通过适配器） ===" << std::endl;printSensorData(&adapter); // 客户端调用方式与新设备完全一致return 0;
}
输出结果
=== 新设备数据 ===
温度：26.3℃，湿度：58.5%=== 旧设备数据（通过适配器） ===
温度：25.5℃，湿度：60%
应用场景
  1. 数据格式转换
    • 不同数据源返回格式适配（如JSON与XML格式转换）。
    • 旧系统的字符串数据与新系统的结构化数据适配（如示例）。
  2. 库/框架集成
    • 集成第三方库时，通过适配器封装库的接口，使调用方式与系统一致（如将Boost库的接口适配为自定义接口）。
    • 不同日志库（如log4cpp、spdlog）的接口统一。
  3. 硬件接口适配
    • 不同传感器的输出接口适配（如示例中的新旧传感器）。
    • 不同型号打印机的驱动接口统一。
  4. 系统迁移
    • 逐步替换旧系统：先用适配器使新旧系统共存，再逐步迁移功能。
    • 从单体系统到微服务的过渡：用适配器封装微服务接口，使旧系统无缝调用。

二、优化

优化点

  1. 支持多适配者适配：一个适配器可同时适配多个接口不兼容的类，统一转换为目标接口。
  2. 双向适配器：不仅能将适配者接口转换为目标接口，还能将目标接口转换为适配者接口，支持双向交互。
  3. 模板化适配：通过模板减少适配器类的重复定义，简化适配逻辑。
  4. 动态适配：运行时动态选择适配策略，无需提前确定适配关系。
  5. 适配链：多个适配器组合形成适配链，处理多层接口转换（如A→B→C）。
// sensor_adapter.h
#include <string>
#include <sstream>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>// 目标接口1：客户端期望的结构化数据接口
struct SensorData {float temperature; // 温度（℃）float humidity;    // 湿度（%）float pressure;    // 气压（kPa）- 扩展字段// 便于打印void print() const {std::cout << "温度：" << temperature << "℃，"<< "湿度：" << humidity << "%"<< "，气压：" << pressure << "kPa" << std::endl;}
};class SensorTarget {
public:virtual ~SensorTarget() = default;virtual SensorData getSensorData() = 0; // 获取结构化数据virtual void setCalibration(float factor) {} // 校准（默认空实现）
};// 目标接口2：旧系统期望的字符串接口（用于双向适配）
class LegacyStringTarget {
public:virtual ~LegacyStringTarget() = default;virtual std::string getRawString() = 0; // 获取原始字符串
};// ------------------------------
// 适配者1：基础旧传感器（仅温度+湿度，字符串输出）
// ------------------------------
class BasicLegacySensor {
public:std::string readBasic() {return "25.5,60.0"; // 格式：温度,湿度}void setOldCalibration(int level) {std::cout << "旧传感器校准等级设置为：" << level << std::endl;}
};// ------------------------------
// 适配者2：高级旧传感器（温度+湿度+气压，分号分隔）
// ------------------------------
class AdvancedLegacySensor {
public:std::string readAdvanced() {return "26.3;58.5;101.3"; // 格式：温度;湿度;气压}
};// ------------------------------
// 适配者3：第三方气象站（函数式接口）
// ------------------------------
namespace ThirdParty {void getWeatherData(float& temp, float& hum, float& press) {temp = 24.8;hum = 62.0;press = 100.9; // 直接通过引用返回数据}
}// ------------------------------
// 模板适配器：简化单一适配者的适配逻辑
// ------------------------------
template <typename Adaptee, typename GetterFunc>
class TemplateSensorAdapter : public SensorTarget {
private:Adaptee* adaptee;GetterFunc getter; // 获取数据的函数对象std::function<SensorData(const std::string&)> parser; // 解析函数public:TemplateSensorAdapter(Adaptee* a, GetterFunc g, decltype(parser) p): adaptee(a), getter(std::move(g)), parser(std::move(p)) {}SensorData getSensorData() override {return parser(getter(adaptee)); // 调用适配者方法并解析}
};// ------------------------------
// 多适配者适配器：同时适配多个旧设备
// ------------------------------
class MultiSensorAdapter : public SensorTarget {
private:std::vector<SensorTarget*> adapters; // 包含多个子适配器public:void addAdapter(SensorTarget* adapter) {if (adapter) adapters.push_back(adapter);}// 示例：返回所有设备的平均值SensorData getSensorData() override {if (adapters.empty()) return {0, 0, 0};SensorData avg{};for (auto adapter : adapters) {auto data = adapter->getSensorData();avg.temperature += data.temperature;avg.humidity += data.humidity;avg.pressure += data.pressure;}int count = adapters.size();avg.temperature /= count;avg.humidity /= count;avg.pressure /= count;return avg;}
};// ------------------------------
// 双向适配器：同时适配新旧接口
// ------------------------------
class BidirectionalAdapter : public SensorTarget, public LegacyStringTarget {
private:BasicLegacySensor* legacySensor;// 字符串转SensorDataSensorData strToData(const std::string& s) {SensorData data{};std::stringstream ss(s);std::string temp, hum;std::getline(ss, temp, ','), std::getline(ss, hum, ',');data.temperature = std::stof(temp);data.humidity = std::stof(hum);data.pressure = 0; // 旧设备无气压数据return data;}// SensorData转字符串std::string dataToStr(const SensorData& d) {return std::to_string(d.temperature) + "," + std::to_string(d.humidity);}public:explicit BidirectionalAdapter(BasicLegacySensor* s) : legacySensor(s) {}// 实现SensorTarget接口（旧→新）SensorData getSensorData() override {return strToData(legacySensor->readBasic());}// 实现LegacyStringTarget接口（新→旧）std::string getRawString() override {// 模拟：将新接口的结构化数据转为旧接口的字符串格式return dataToStr(getSensorData());}// 适配校准方法（新接口→旧接口）void setCalibration(float factor) override {// 将新接口的浮点校准系数转换为旧接口的整数等级legacySensor->setOldCalibration(static_cast<int>(factor * 10));}
};// ------------------------------
// 新设备：直接实现目标接口
// ------------------------------
class ModernSensor : public SensorTarget {
public:SensorData getSensorData() override {return {27.1, 56.8, 101.5}; // 温度,湿度,气压}void setCalibration(float factor) override {std::cout << "新传感器校准系数设置为：" << factor << std::endl;}
};// 客户端函数1：使用新接口处理数据
void processNewSensor(SensorTarget* sensor) {std::cout << "处理新接口数据：";sensor->getSensorData().print();
}// 客户端函数2：使用旧接口处理数据（用于双向适配测试）
void processLegacySensor(LegacyStringTarget* sensor) {std::cout << "处理旧接口数据：" << sensor->getRawString() << std::endl;
}int main() {// 1. 模板适配器：适配高级旧传感器（简化适配代码）AdvancedLegacySensor advSensor;auto advAdapter = TemplateSensorAdapter(&advSensor,[](AdvancedLegacySensor* s) { return s->readAdvanced(); }, // 获取数据[](const std::string& s) { // 解析数据（温度;湿度;气压）SensorData data{};std::stringstream ss(s);std::string temp, hum, press;std::getline(ss, temp, ';'), std::getline(ss, hum, ';'), std::getline(ss, press, ';');data.temperature = std::stof(temp);data.humidity = std::stof(hum);data.pressure = std::stof(press);return data;});std::cout << "=== 模板适配器（高级旧传感器） ===" << std::endl;processNewSensor(&advAdapter);// 2. 模板适配器：适配第三方气象站（函数式接口）auto thirdPartyAdapter = TemplateSensorAdapter(nullptr, // 无实例，直接调用命名空间函数[](void*) { float t, h, p;ThirdParty::getWeatherData(t, h, p);return std::to_string(t) + "," + std::to_string(h) + "," + std::to_string(p);},[](const std::string& s) { // 解析第三方数据SensorData data{};std::stringstream ss(s);std::string temp, hum, press;std::getline(ss, temp, ','), std::getline(ss, hum, ','), std::getline(ss, press, ',');data.temperature = std::stof(temp);data.humidity = std::stof(hum);data.pressure = std::stof(press);return data;});std::cout << "\n=== 模板适配器（第三方气象站） ===" << std::endl;processNewSensor(&thirdPartyAdapter);// 3. 多适配者适配器：整合多个设备数据（取平均值）MultiSensorAdapter multiAdapter;BasicLegacySensor basicSensor;BidirectionalAdapter bidirAdapter(&basicSensor);ModernSensor modernSensor;multiAdapter.addAdapter(&advAdapter);multiAdapter.addAdapter(&thirdPartyAdapter);multiAdapter.addAdapter(&bidirAdapter);multiAdapter.addAdapter(&modernSensor);std::cout << "\n=== 多设备适配器（平均值） ===" << std::endl;processNewSensor(&multiAdapter);// 4. 双向适配器：同时支持新旧接口std::cout << "\n=== 双向适配器测试 ===" << std::endl;processNewSensor(&bidirAdapter);       // 用新接口调用processLegacySensor(&bidirAdapter);    // 用旧接口调用bidirAdapter.setCalibration(0.8f);     // 适配校准方法return 0;
}
输出结果
=== 模板适配器（高级旧传感器） ===
处理新接口数据：温度：26.3℃，湿度：58.5%，气压：101.3kPa=== 模板适配器（第三方气象站） ===
处理新接口数据：温度：24.8℃，湿度：62%，气压：100.9kPa=== 多设备适配器（平均值） ===
处理新接口数据：温度：25.85℃，湿度：59.375%，气压：100.925kPa=== 双向适配器测试 ===
处理新接口数据：温度：25.5℃，湿度：60%，气压：0kPa
处理旧接口数据：25.5,60.0
旧传感器校准等级设置为：8
优化点说明

  1. 模板化适配（减少重复代码）
    通过 TemplateSensorAdapter 模板类，将适配逻辑（获取数据+解析数据）通过函数对象注入，避免为每个适配者编写单独的适配器类。例如：

    • 适配 AdvancedLegacySensor 时，只需传入获取数据的lambda和解析字符串的lambda。
    • 适配第三方库的函数式接口（ThirdParty::getWeatherData）时，无需修改原函数，直接通过模板适配。

  2. 多适配者适配（整合多源数据）
    MultiSensorAdapter 可聚合多个适配器，统一对外提供目标接口。示例中计算多个设备数据的平均值，适合需要整合多源异构数据的场景（如气象站网络、分布式传感器系统）。

  3. 双向适配（支持新旧系统互操作）
    BidirectionalAdapter 同时实现 SensorTarget（新接口）和 LegacyStringTarget（旧接口），既可以将旧设备数据转换为新格式，也可以将新格式数据转换为旧格式，解决了新旧系统双向交互的问题。例如：

    • 新系统可通过 getSensorData() 获取旧设备数据。
    • 旧系统可通过 getRawString() 获取新格式转换后的旧格式数据。
    • 校准方法 setCalibration 也被适配（浮点系数→整数等级）。

  4. 接口扩展与兼容性
    目标接口 SensorData 扩展了气压字段，适配器通过合理默认值（如旧设备气压设为0）保持兼容性，无需修改旧设备代码。

  5. 灵活性与扩展性
    新增适配者时，无需修改现有适配器框架，只需：

    • 对简单适配场景，使用 TemplateSensorAdapter 传入获取和解析逻辑。
    • 对复杂场景，继承 SensorTarget 实现自定义适配器。
适用场景扩展
  • 企业系统集成：整合多个部门的异构系统（如ERP、CRM），通过多适配者适配器统一数据格式。
  • API版本兼容：为不同版本的API提供双向适配器，既支持旧版本调用新版本，也支持新版本兼容旧版本。
  • 跨语言交互：通过适配器转换C++与Python/Java的接口（如用SWIG生成的接口适配自定义接口）。
  • 设备网关：工业物联网中，适配不同协议的传感器（如Modbus、MQTT），统一数据采集接口。
http://www.dtcms.com/a/320349.html

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