【C++设计模式】第七篇：桥接模式（Bridge）
注意：复现代码时，确保 VS2022 使用 C++17/20 标准以支持现代特性。
抽象与实现的解耦之道
1. 模式定义与用途
核心思想
- 桥接模式：将抽象部分与实现部分分离，使二者可以独立变化。
- 关键用途：
1.拆分复杂继承树：避免因多维度扩展导致的类爆炸。
2.运行时切换实现：动态组合不同的抽象与实现（如渲染引擎、数据存储方式）。 - 经典场景
1.图形库：形状（抽象）与渲染API（实现）的组合。
2.设备控制：遥控器（抽象）与电器设备（实现）的解耦。
2. 模式结构解析
+---------------------+ +---------------------+
| Abstraction | | Implementor |
+---------------------+ +---------------------+
| - impl: Implementor |<>------->| + operationImpl() |
| + operation(): void | +---------------------+
+---------------------+ ^
^ |
| +-----+-------------+
| | |
+---------------------+ +-------------------+ +-------------------+
| RefinedAbstraction | | ConcreteImplA | | ConcreteImplB |
+---------------------+ +-------------------+ +-------------------+
| + operation() | | + operationImpl() | | + operationImpl() |
+---------------------+ +-------------------+ +-------------------+
角色说明
Abstraction：抽象部分的基类，持有实现部分的引用。-
RefinedAbstraction：扩展抽象功能的具体类。 Implementor：实现部分的接口。ConcreteImplementor：实现部分的具体类。
3. 简单示例：图形渲染引擎桥接
场景：形状与渲染API解耦
// 实现部分：渲染API接口
class RenderAPI {
public:
virtual void renderCircle(float x, float y, float radius) = 0;
virtual ~RenderAPI() = default;
};
// 抽象部分：形状基类
class Shape {
public:
Shape(RenderAPI& api) : api_(api) {}
virtual void draw() = 0;
protected:
RenderAPI& api_;
};
// 客户端调用
class Circle : public Shape {
public:
Circle(RenderAPI& api, float x, float y, float r)
: Shape(api), x_(x), y_(y), radius_(r) {}
void draw() override {
api_.renderCircle(x_, y_, radius_);
}
private:
float x_, y_, radius_;
};
4. 完整代码：多API与多形状支持
步骤1：实现部分（渲染API）
// 实现接口
class RenderAPI {
public:
virtual void renderCircle(float x, float y, float radius) = 0;
virtual void renderRect(float x, float y, float w, float h) = 0;
virtual ~RenderAPI() = default;
};
// OpenGL实现
class OpenGLAPI : public RenderAPI {
public:
void renderCircle(float x, float y, float radius) override {
std::cout << "OpenGL渲染圆形：位置(" << x << "," << y << "), 半径" << radius << "\n";
}
void renderRect(float x, float y, float w, float h) override {
std::cout << "OpenGL渲染矩形：位置(" << x << "," << y << "), 尺寸" << w << "x" << h << "\n";
}
};
// Vulkan实现
class VulkanAPI : public RenderAPI {
public:
void renderCircle(float x, float y, float radius) override {
std::cout << "Vulkan渲染圆形：位置(" << x << "," << y << "), 半径" << radius << "\n";
}
void renderRect(float x, float y, float w, float h) override {
std::cout << "Vulkan渲染矩形：位置(" << x << "," << y << "), 尺寸" << w << "x" << h << "\n";
}
};
步骤2：抽象部分（形状与扩展）
// 抽象基类（使用智能指针管理实现）
class Shape {
public:
Shape(std::shared_ptr<RenderAPI> api) : api_(api) {}
virtual void draw() = 0;
virtual ~Shape() = default;
protected:
std::shared_ptr<RenderAPI> api_;
};
// 具体形状：圆形
class Circle : public Shape {
public:
Circle(std::shared_ptr<RenderAPI> api, float x, float y, float r)
: Shape(api), x_(x), y_(y), radius_(r) {}
void draw() override {
api_->renderCircle(x_, y_, radius_);
}
private:
float x_, y_, radius_;
};
// 具体形状：矩形
class Rectangle : public Shape {
public:
Rectangle(std::shared_ptr<RenderAPI> api, float x, float y, float w, float h)
: Shape(api), x_(x), y_(y), width_(w), height_(h) {}
void draw() override {
api_->renderRect(x_, y_, width_, height_);
}
private:
float x_, y_, width_, height_;
};
步骤3：客户端动态组合
int main() {
// 创建不同渲染API
auto opengl = std::make_shared<OpenGLAPI>();
auto vulkan = std::make_shared<VulkanAPI>();
// 动态组合形状与API
Circle glCircle(opengl, 10, 10, 5);
Circle vkCircle(vulkan, 20, 20, 8);
Rectangle glRect(opengl, 5, 5, 10, 6);
glCircle.draw();
// 输出：OpenGL渲染圆形：位置(10,10), 半径5
vkCircle.draw();
// 输出：Vulkan渲染圆形：位置(20,20), 半径8
glRect.draw();
// 输出：OpenGL渲染矩形：位置(5,5), 尺寸10x6
}
5. 优缺点分析
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 分离抽象与实现，减少继承层次 | 增加类的数量 |
| 支持运行时动态切换实现 | 需要设计合理的抽象接口 |
| 提升跨平台、跨模块的扩展性 | 对简单场景可能过度设计 |
6. 调试与优化策略
调试技巧（VS2022）
- 验证桥接连接：
在draw()方法中设置断点，检查api_指针是否指向正确的实现对象。 - 多态类型识别：
使用typeid(*api_).name()输出实际类型（需启用RTTI）。
性能优化
- 缓存实现对象：
对频繁使用的实现（如OpenGLAPI）使用单例或对象池。 - 移动语义优化：
// 使用移动语义传递渲染API所有权
Shape(std::shared_ptr<RenderAPI>&& api) : api_(std::move(api)) {}