【再谈设计模式】桥接模式 ~ 抽象与实现的灵活桥梁

一、引言

在软件开发过程中，软件设计中，面对复杂性和变化性时，设计模式提供了一种优雅的解决方案。桥接模式（Bridge Pattern）是一种结构型设计模式，它通过将抽象与实现分离来实现灵活的扩展。本文将深入探讨桥接模式的定义、适用场景、现实生活中的例子，以及在不同编程语言中的实现示例，最后分析其优缺点并讨论其升级版。

二、定义与描述

桥接模式的核心思想是将一个类的抽象部分与其实现部分分离，使它们可以独立变化。通过这种方式，桥接模式能够降低系统的复杂性，提高代码的可扩展性和可维护性。

结构

桥接模式主要包含以下几个角色：

抽象类（Abstraction）：定义了高层接口，包含一个对实现部分的引用。
扩展抽象类（Refined Abstraction）：扩展了抽象类的接口。
实现类接口（Implementor）：定义了实现类的接口，但不一定要与抽象类的接口完全一致。
具体实现类（Concrete Implementor）：实现了实现类接口的具体类。

三、抽象背景

在软件开发中，常常会遇到需要同时改变多个维度的情况。例如，在图形绘制应用中，我们可能需要同时支持不同的形状（如圆形、方形）和不同的颜色（如红色、蓝色）。如果直接使用继承的方式来处理，可能会导致类的数量急剧增加，进而导致系统复杂性增加。

四、适用场景与现实问题解决

适用于场景

系统需要在多个维度上进行扩展：如图形、颜色、形状等。
避免在抽象和实现之间的紧耦合：当实现变化频繁时，桥接模式可以减少修改的影响。
需要在运行时选择实现：如不同平台上的功能实现。

现实问题解决

假设我们在开发一个图形绘制应用，需要支持多种形状和颜色。使用桥接模式，我们可以将形状和颜色的实现分开，使得添加新形状或新颜色时不需要修改已有的代码。

五、现实生活中的例子

遥控器和设备

想象一下，遥控器是一个抽象类，而具体的设备（如电视、空调、音响等）是实现类。遥控器可以有不同的品牌和型号，但它可以控制多种设备。通过桥接设计模式，遥控器的操作（如开关、调节音量）与具体设备的实现分开，这样你可以轻松添加新设备或新遥控器而不需要修改已有的代码。

抽象类：遥控器（RemoteControl）
实现类：电视（TV）、空调（AirConditioner）
桥接：遥控器可以通过不同的设备接口实现不同的控制方式。

图形绘制

在图形绘制软件中，可以有不同的形状（如圆形、方形）和不同的绘图方式（如矢量绘图、位图绘图）。在这个例子中，形状是抽象类，而具体的绘图方式是实现类。通过桥接设计模式，用户可以在不改变形状的情况下，选择不同的绘图方式，或者在不改变绘图方式的情况下，添加新的形状。

抽象类：形状（Shape）
实现类：矢量绘图（VectorDrawing）、位图绘图（RasterDrawing）
桥接：不同的形状可以使用不同的绘图方式进行绘制，灵活性更高。

六、各种编程语言的实现示例

代码设计

类图：

Device是一个接口，定义了turnOn和turnOff方法，TV和Radio类实现了该接口，表示具体的设备。
RemoteControl是抽象类，包含了对Device的引用，并且有抽象的turnOn和turnOff方法。
AdvancedRemoteControl是RemoteControl的具体扩展类，实现了抽象类中的turnOn和turnOff方法，通过调用所关联的Device的相应方法来实现功能。
关联关系表示了RemoteControl及其子类与Device之间的依赖关系，即通过持有Device对象来实现对不同设备的控制操作。

流程图：

首先开始流程，然后依次展示了创建电视设备、创建关联电视的高级遥控器并进行打开和关闭电视的操作步骤。
接着又展示了创建收音机设备、创建关联收音机的高级遥控器并进行打开和关闭收音机的操作步骤。
最后流程结束。

Java实现

// 实现类接口
interface Device {void turnOn();void turnOff();
}// 具体实现类
class TV implements Device {public void turnOn() {System.out.println("电视打开");}public void turnOff() {System.out.println("电视关闭");}
}class Radio implements Device {public void turnOn() {System.out.println("收音机打开");}public void turnOff() {System.out.println("收音机关闭");}
}// 抽象类
abstract class RemoteControl {protected Device device;public RemoteControl(Device device) {this.device = device;}abstract void turnOn();abstract void turnOff();
}// 扩展抽象类
class AdvancedRemoteControl extends RemoteControl {public AdvancedRemoteControl(Device device) {super(device);}public void turnOn() {device.turnOn();}public void turnOff() {device.turnOff();}
}// 客户端代码
public class BridgePatternDemo {public static void main(String[] args) {Device tv = new TV();RemoteControl remote = new AdvancedRemoteControl(tv);remote.turnOn();remote.turnOff();Device radio = new Radio();remote = new AdvancedRemoteControl(radio);remote.turnOn();remote.turnOff();}
}

C++实现

#include <iostream>
using namespace std;// 实现类接口
class Device {
public:virtual void turnOn() = 0;virtual void turnOff() = 0;
};// 具体实现类
class TV : public Device {
public:void turnOn() override {cout << "电视打开" << endl;}void turnOff() override {cout << "电视关闭" << endl;}
};class Radio : public Device {
public:void turnOn() override {cout << "收音机打开" << endl;}void turnOff() override {cout << "收音机关闭" << endl;}
};// 抽象类
class RemoteControl {
protected:Device* device;public:RemoteControl(Device* device) : device(device) {}virtual void turnOn() = 0;virtual void turnOff() = 0;
};// 扩展抽象类
class AdvancedRemoteControl : public RemoteControl {
public:AdvancedRemoteControl(Device* device) : RemoteControl(device) {}void turnOn() override {device->turnOn();}void turnOff() override {device->turnOff();}
};// 客户端代码
int main() {Device* tv = new TV();RemoteControl* remote = new AdvancedRemoteControl(tv);remote->turnOn();remote->turnOff();Device* radio = new Radio();remote = new AdvancedRemoteControl(radio);remote->turnOn();remote->turnOff();delete tv;delete radio;delete remote;return 0;
}

Python实现

# 实现类接口
class Device:def turn_on(self):passdef turn_off(self):pass# 具体实现类
class TV(Device):def turn_on(self):print("电视打开")def turn_off(self):print("电视关闭")class Radio(Device):def turn_on(self):print("收音机打开")def turn_off(self):print("收音机关闭")# 抽象类
class RemoteControl:def __init__(self, device):self.device = devicedef turn_on(self):passdef turn_off(self):pass# 扩展抽象类
class AdvancedRemoteControl(RemoteControl):def turn_on(self):self.device.turn_on()def turn_off(self):self.device.turn_off()# 客户端代码
if __name__ == "__main__":tv = TV()remote = AdvancedRemoteControl(tv)remote.turn_on()remote.turn_off()radio = Radio()remote = AdvancedRemoteControl(radio)remote.turn_on()remote.turn_off()

Go实现

package mainimport "fmt"// 实现类接口
type Device interface {turnOn()turnOff()
}// 具体实现类
type TV struct{}func (t *TV) turnOn() {fmt.Println("电视打开")
}func (t *TV) turnOff() {fmt.Println("电视关闭")
}type Radio struct{}func (r *Radio) turnOn() {fmt.Println("收音机打开")
}func (r *Radio) turnOff() {fmt.Println("收音机关闭")
}// 抽象类
type RemoteControl struct {device Device
}func (r *RemoteControl) turnOn() {r.device.turnOn()
}func (r *RemoteControl) turnOff() {r.device.turnOff()
}// 客户端代码
func main() {tv := &TV{}remote := &RemoteControl{device: tv}remote.turnOn()remote.turnOff()radio := &Radio{}remote.device = radioremote.turnOn()remote.turnOff()
}