C++设计模式——Facade外观模式

一，外观模式简介

外观模式是一种结构型设计模式， 又称为门面模式，也是一种基于创建对象来实现的模式，为子系统中的各组接口的使用提供了统一的访问入口。

外观模式对外提供了一个对象，让外部客户端(Client)对子系统的访问都是基于该对象来完成，这个对象被称为外观对象(Facade Object)，外观对象为子系统的访问提供了一个简单而且统一的入口。

客户端只需要关注Facade提供的对外接口的用法，而不需要关注子系统之间的复杂交互等细节。

举个例子，用户在电话购物的时候，可以不需要知道货物的流动和仓库处理等细节，只需要拨电话然后下单。

二，外观模式的结构

外观对象(Facade)：它的底层封装了系统的各个子模块，向用户屏蔽了底层的复杂结构，在内部调用各种子系统的函数，对外提供一些简化的接口。

子系统对象(SubSystem)：是组成复杂系统的各个独立模块，它们各自实现特定的功能，然后被Facade统一调用。

对应UML类图：

代码实现：

#include <iostream>
#include <vector>using namespace std;class SubSystem {
public:virtual void operation() = 0;
};class SubSystem_A: public SubSystem{
public:void operation_A() {cout << "Exec operation_A from SubSystem_A" << endl;}void operation() override {operation_A();}
};class SubSystem_B: public SubSystem{
public:void operation_B() {cout << "Exec operation_B from SubSystem_B" << endl;}void operation() override {operation_B();}
};class SubSystem_C: public SubSystem{
public:void operation_C() {cout << "Exec operation_C from SubSystem_C" << endl;}void operation() override {operation_C();}
};class Facade {
private:std::vector<SubSystem*> subsystems;
public:Facade() {subsystems.push_back(new SubSystem_A);subsystems.push_back(new SubSystem_B);subsystems.push_back(new SubSystem_C);}~Facade() {for (auto* subsystem : subsystems) {delete subsystem;}}void executeOperations() {for (auto& subsystem : subsystems) {subsystem->operation();}}
};int main() {Facade facade;facade.executeOperations();return 0;
}

运行结果：

Exec operation_A from SubSystem_A
Exec operation_B from SubSystem_B
Exec operation_C from SubSystem_C

三，外观模式的应用场景

系统集成：当多个组件或服务接口需要被统一管理和使用时，借助外观模式构建一个统一的入口。

API升级：当API升级时，为了兼容旧版本的API接口的使用，创建一个外观模式的对象，既可以对外提供新的API接口，又向后兼容旧的API接口。

开发第三方库或框架：针对大型的库或者框架的开发，为了简化用户的使用，隐藏底层实现，对外提供一个简单且统一的接口。

组件整合：为了让项目中兼容不同架构和使用方式的组件时，使用外观模式来规范化组件的调用方式。

四，外观模式的优缺点

外观模式的优点：

1.减少了需要客户端关注和处理的对象数，简化了接口的使用方式。

2.实现了子系统和客户端之间的解耦，使子系统的变更不会影响到客户端的调用方法。

3.降低了大型软件的编译难度，简化了大型软件在不同平台之间的移植过程。

4.对外提供接口的同时，可以针对单个子系统实现单独的优化和升级。

5.避免了客户端对内部底层逻辑的影响和破坏。

6.促进了子系统的模块化和可重用性。

外观模式的缺点：

1.对底层的过度包装会增加性能开销。

2.如果设计的不合理，会使重构变得有难度。

3.如果存在访问共享资源的情况，代码的编写不够严谨时，相同层次的子系统和子系统之间可能会互相影响。

4.子系统和子系统之间可能包含相同的功能，导致代码冗余。

五，代码实战

Demo1：模拟计算机的集成

#include <iostream>
#include <string>//subSystem
class Monitor {
public:void turnOn() {std::cout << "Monitor turned on.\n";}void turnOff() {std::cout << "Monitor turned off.\n";}
};//subSystem
class Keyboard {
public:void pressKey(int keyCode) {std::cout << "Pressed key: " << keyCode << ".\n";}
};//subSystem
class CPU {
public:void start() {std::cout << "CPU started.\n";}void stop() {std::cout << "CPU stopped.\n";}
};//Facade
class Computer {
private:Monitor monitor;Keyboard keyboard;CPU cpu;public:Computer() {}void turnOnAndStart() {monitor.turnOn();keyboard.pressKey(13);cpu.start();}void shutDown() {cpu.stop();monitor.turnOff();}
};int main() {Computer myComputer;myComputer.turnOnAndStart();myComputer.shutDown();return 0;
}

运行结果：

Monitor turned on.
Pressed key: 13.
CPU started.
CPU stopped.
Monitor turned off.

Demo1：模拟汽车的集成

#include <iostream>// Subsystem 1
class Engine {
public:void Start(){std::cout << "Engine started" << std::endl;}void Stop(){std::cout << "Engine stopped" << std::endl;}
};// Subsystem 2
class Lights {
public:void TurnOn() {std::cout << "Lights on" << std::endl;}void TurnOff(){std::cout << "Lights off" << std::endl;}
};// Facade
class Car {
private:Engine engine;Lights lights;
public:void StartCar(){engine.Start();lights.TurnOn();std::cout << "Car is ready to drive" << std::endl;}void StopCar(){lights.TurnOff();engine.Stop();std::cout << "Car has stopped" << std::endl;}
};int main()
{Car car;car.StartCar();car.StopCar();return 0;
}

运行结果：

Engine started
Lights on
Car is ready to drive
Lights off
Engine stopped
Car has stopped

六，参考阅读

https://www.geeksforgeeks.org/facade-method-c-design-patterns/

https://sourcemaking.com/design_patterns/facade

https://refactoringguru.cn/design-patterns/facade