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C++设计模式之结构型模式：外观模式（Facade）

news 2025/9/27 5:42:08

外观模式（Facade）是结构型设计模式的一种，它为复杂子系统提供一个简化的统一接口，通过封装子系统的复杂性，使客户端能够更轻松地使用子系统。这种模式类似于现实生活中的“前台”或“总机”，客户端无需直接与各个部门交互，只需通过前台即可完成操作。

一、核心思想与角色

外观模式的核心是“简化接口，隐藏复杂”，通过引入一个外观类，将子系统的多个接口整合为一个统一接口。其核心角色如下：

角色名称	核心职责
外观（Facade）	提供简化的接口，封装子系统的复杂逻辑，协调多个子系统对象完成客户端请求。
子系统（Subsystem）	由多个相互关联的类组成，实现具体功能，对子系统内部细节和交互方式对客户端透明。
客户端（Client）	通过外观接口与子系统交互，无需知道子系统的内部结构和实现细节。

核心思想：不改变子系统功能的前提下，通过外观类为客户端提供更简单的访问方式，降低客户端与子系统的耦合度，同时屏蔽子系统的复杂性。

二、实现示例（家庭影院系统）

假设我们有一个家庭影院系统，包含投影仪、音响、播放器、灯光等多个子系统，播放电影需要依次操作这些设备（开投影仪、开音响、关灯光、播放影片等）。使用外观模式可简化这一过程：

#include <iostream>
#include <string>// 1. 子系统：投影仪
class Projector {
public:void on() const {std::cout << "投影仪已开启" << std::endl;}void off() const {std::cout << "投影仪已关闭" << std::endl;}void setInput(const std::string& source) const {std::cout << "投影仪输入源设置为：" << source << std::endl;}void zoomIn() const {std::cout << "投影仪画面放大" << std::endl;}
};// 1. 子系统：音响
class SoundSystem {
public:void on() const {std::cout << "音响已开启" << std::endl;}void off() const {std::cout << "音响已关闭" << std::endl;}void setVolume(int level) const {std::cout << "音响音量设置为：" << level << std::endl;}
};// 1. 子系统：播放器
class Player {
private:std::string currentMedia;public:void on() const {std::cout << "播放器已开启" << std::endl;}void off() const {std::cout << "播放器已关闭" << std::endl;}void load(const std::string& media) {currentMedia = media;std::cout << "已加载影片：" << currentMedia << std::endl;}void play() const {std::cout << "正在播放：" << currentMedia << std::endl;}void stop() const {std::cout << "影片已停止" << std::endl;}
};// 1. 子系统：灯光
class Lights {
public:void on() const {std::cout << "灯光已开启" << std::endl;}void off() const {std::cout << "灯光已关闭" << std::endl;}void dim(int level) const {std::cout << "灯光调暗至：" << level << "%" << std::endl;}
};// 2. 外观（Facade）：家庭影院外观
class HomeTheaterFacade {
private:// 持有子系统对象的引用Projector* projector;SoundSystem* soundSystem;Player* player;Lights* lights;public:// 构造函数：初始化子系统HomeTheaterFacade(Projector* p, SoundSystem* s, Player* pl, Lights* l): projector(p), soundSystem(s), player(pl), lights(l) {}// 简化接口1：准备播放电影void watchMovie(const std::string& movie) const {std::cout << "\n=== 准备播放电影 ===" << std::endl;lights->dim(10);       // 调暗灯光projector->on();       // 开投影仪projector->setInput("播放器"); // 设置输入源projector->zoomIn();   // 放大画面soundSystem->on();     // 开音响soundSystem->setVolume(8); // 设置音量player->on();          // 开播放器player->load(movie);   // 加载影片player->play();        // 开始播放}// 简化接口2：结束播放void endMovie() const {std::cout << "\n=== 结束播放 ===" << std::endl;lights->on();          // 开灯光player->stop();        // 停止播放player->off();         // 关播放器soundSystem->off();    // 关音响projector->off();      // 关投影仪}
};// 客户端代码：通过外观使用子系统
int main() {// 创建子系统对象Projector* projector = new Projector();SoundSystem* sound = new SoundSystem();Player* player = new Player();Lights* lights = new Lights();// 创建外观对象（整合子系统）HomeTheaterFacade* theater = new HomeTheaterFacade(projector, sound, player, lights);// 客户端只需调用外观的简单接口，无需操作子系统theater->watchMovie("星际穿越");theater->endMovie();// 释放资源delete theater;delete lights;delete player;delete sound;delete projector;return 0;
}

三、代码解析

子系统：包含Projector（投影仪）、SoundSystem（音响）、Player（播放器）、Lights（灯光）等类，每个类实现特定功能，包含多个操作方法（如on()、off()、setVolume()）。
外观类（HomeTheaterFacade）：
- 持有所有子系统对象的引用，封装了子系统的交互逻辑。
- 提供简化接口（watchMovie()和endMovie()），每个接口内部协调多个子系统的操作（如watchMovie依次调暗灯光、开启设备、播放影片）。
客户端使用：客户端只需创建外观对象并调用其简化接口（如theater->watchMovie("星际穿越")），无需知道子系统的存在和操作细节，大幅简化了使用过程。

四、核心优势与适用场景

优势

简化接口：将复杂子系统的多个接口整合为一个简单接口，降低客户端使用难度。
降低耦合：客户端与子系统解耦，子系统内部变化（如替换投影仪型号）不会影响客户端。
屏蔽细节：隐藏子系统的实现细节和内部交互，减少客户端需要了解的知识。
便于维护：子系统的交互逻辑集中在外观类中，修改时只需调整外观类，无需修改多个客户端。

适用场景

复杂子系统：当子系统包含多个相互关联的类，且客户端使用时需要调用多个接口时（如家庭影院、电商订单系统）。
系统迁移：需要为遗留系统提供新的接口，或在新系统中整合旧系统时。
团队协作：大型项目中，不同团队负责不同子系统，外观模式可提供统一的交互入口。

五、与其他模式的区别

模式	核心差异点
外观模式	为复杂子系统提供简化接口，关注“简化使用”，不添加新功能。
适配器模式	转换接口使不兼容的类协作，关注“接口适配”，解决接口不匹配问题。
代理模式	控制对对象的访问（如权限校验、延迟加载），接口与原对象一致，不简化接口。
装饰器模式	动态为对象添加功能，不改变接口，关注“功能扩展”而非“简化使用”。