[学习笔记]设计模式之Bridge

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“魔镜啊魔镜，谁是这个世界上最美丽的人？”月光中，一个低沉的声音回荡在女王的卧室。“是美丽的白雪公主，她正和小霍比特人们幸福快乐地生活在森林之中。”魔镜答道。“可恶！我才应该是最美的人，我要除掉你，白雪公主！”女巫开始用她的水晶球施展起诡异的妖术。

原本安宁的森林最近特别的闹腾，动物们个个都焦躁不安。小霍比特人之一的theWoodcutter（樵夫）在去伐木的路上发现了一头野熊的尸体。这头庞然大物的伤口上除了血淋淋的爪痕，竟然混杂有烧焦的痕迹。他急急忙忙回到住处，和小伙伴们商量对策。他们首先想弄明白的是，到底是什么入侵了自己的家园。

而这个世界的主人--时の魔导士，此刻正倚靠在木制的摇椅上，安详地抽着烟斗。他一回想起自己设计的这个虚拟的童话世界，脸上就露出了满意的笑容。他曾为小霍比特人们建造了武器工坊（见Factory Method笔记），Weapon是一个抽象类，它的子类包括Sword, Dagger, Bow等等都继承了Weapon的方法attack()。attack()能对敌人造成物理上的伤害……嗯，物理上的伤害。“似乎这个还不太完美啊。在魔法的世界里，武器是可以被附魔Enchanted的。”魔导士嘟囔道，“比如，附上火焰的剑能轻易刺穿易燃的装甲，附上寒冰的箭矢也可以用来灭火呀。这想法有趣多了，让我来加点新鲜的东西给孩子们吧。”

附魔后的武器（EnchantedWeapon）的确是可以通过继承Weapon来得到，比如下图：

但是如果这样设计会有很糟糕的结果。武器种类很多，如果日后还要添加别的类型的武器，比如传奇的武器（EpicWeapon）每个都带有史诗般的故事，装饰性的武器（DecoratedWeapon）比起杀伤力更注重外观等等。每添加一种武器分支，都会导致产生更多的子类。同时，如果我们修改了Weapon的接口，那后续改动将非常巨大。

于是，时の魔导士引入了Bridge（桥接）模式，它将抽象部分与实现部分分离，从而很好地解决了上面所提到的问题。

要点梳理

• 目的分类
  • 对象结构型模式
• 范围准则
  • 对象（该模式处理对象间的关系，这些关系在运行时刻是可以变化的，更具动态性）
• 主要功能
  • 将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化
• 适用情况
  • 我们不希望在抽象和它的实现部分之间有一个固定的绑定关系。例如这种情况可能是因为，在程序运行时刻实现部分应可以被选择或者切换
  • 类的抽象以及它的实现都应该可以通过生成子类的方法加以扩充。这时Bridge模式使我们可以对不同的抽象接口和实现部分进行组合，并分别对它们进行扩充
  • 对一个抽象的实现部分的修改应对客户不产生影响，即客户的代码不必重新编译
  • 想在多个对象间共享实现（可能使用引用计数），但同时要求客户并不知道这一点
• 参与部分
  • Abstraction：定义抽象类的接口；维护一个指向Implementor类型对象的指针
  • RefinedAbstraction：扩充由Abstraction定义的接口
  • Implementor：定义实现类的接口，该接口不一定要与Abstraction的接口完全一致；事实上这两个接口可以完全不同。一般来讲，Implementor接口仅提供基本操作，而Abstraction则定义了基于这些基本操作的较高层次的操作。
  • ConcreteImplementor：实现Implementor接口并定义它的具体实现。
• 协作过程
  • Abstraction将Client的请求转发给它的Implementor对象
• UML图

示例分析 - 元素附魔武器诞生

利用桥接模式，我们将各类武器抽象成Weapon类，它提供一个attack()的接口函数。对于武器的使用者，它只需操纵attack()即可。（发现这点和之前一样，对吧？但是别急）请看示例：

class Weapon {
public:
    Weapon();   
    virtual void attack();
protected:
    WeaponImpl* getWeaponImpl();
private:
    WeaponImpl* _impl;
}

注意到，Weapon它维护了一个对WeaponImpl的引用，而该抽象类定义了具体武器的操作的接口：

class WeaponImpl {
public:
    virtual act() = 0;
    virtual addEffect(const char*) = 0;
protected:
    WeaponImpl();
}

现在，我们可以将武器攻击动作的具体实现放在WeaponImpl的子类中，从而成功分离出Weapon类这个抽象概念。作为扩展，附魔武器EnchantedWeapon类如下： 

class EnchantedWeapon : public Weapon {
public:
    EnchantedWeapon(char*);
    virtual void attack();
private:
    const char* _element;
}

EnchantedWeapon::EnchantedWeapon(char* e):_element(e) {}

void EnchantedWeapon::attack() {
    WeaponImpl* impl = getWeaponImpl();
    
    if (impl != 0) {
        impl->addEffect(_element);
        impl->act();
    }
}

EnchantedWeapon可以为武器附上不同程度的魔法效果，然后通过调用WeaponImpl类的act操作来行动。具体的WeaponImpl类则根据自身情况来实现act操作，剑可以用来挥舞和刺击，弓箭则要上满弦，等等。我们看这里的SwordImpl：

class SwordImpl : public WeaponImpl {
public:
    SwordImpl(int);
    virtual void addEffect(const char*);
    virtual void act();
private:
    int _damage;
    char* _effect;
}

SwordImpl::SwordImpl(int d) {
    _damage = d;
}

void SwordImpl::addEffect(const char* e) {
    if (_effect)
    {
        delete _effect;
    }
    _effect = new char[strlen(e)+1];
    strcpy(_effect, e);
}

void SwordImpl::act() {
    if (_effect)
    {
        cout << "Wielding sword with " << _effect << endl;
    }
    else
    {
        cout << "Wielding sword" << endl;
    }
}

同样的对于BowImpl来说，效果是在箭矢上的：

class BowImpl : public WeaponImpl {
public:
    BowImpl(int);
    virtual void addEffect(const char*);
    virtual void act();
private:
    int _damage;
    char* _effect;
}

BowImpl::BowImpl(int d) {
    _damage = d;
}

void BowImpl::addEffect(const char* e) {
    if (_effect)
    {
        delete _effect;
    }
    _effect = new char[strlen(e)+1];
    strcpy(_effect, e);
}

void BowImpl::act() {
    if (_effect)
    {
        cout << "Shoot an arrow with " << _effect << endl;
    }
    else
    {
        cout << "Shoot an arrow" << endl;
    }
}

一个简单的UML图来说明上面的模式：

在这套框架下，无论我们是继续添加EpicWeapon，还是具体的DaggerImpl等，都非常方便。顺便说下，我们可以用Weapon提供的getWeaponImpl方法来获得想要的武器实现。具体代码在此就不作详解了（可以利用抽象工厂或者单例等对象创建型模式来做）。

特点总结

Bridge模式有以下几个优点：

1. 分离接口及其实现部分。一个实现未必不变地绑定在一个接口上。抽象类的实现可以在运行时刻进行配置，一个对象甚至可以在运行时刻改变它的实现。将Abstraction与Implementor分离有助于降低对实现部分编译时刻的依赖性，当改变一个实现类时，并不需要重新编译Abstraction类和它的客户程序。为了保证一个类库的不同版本之间的二进制兼容性，一定要有这个性质。
2. 提高可扩充性。我们可以独立地对Abstraction和Implementor层次结构进行扩充。
3. 实现细节对客户透明。

需要注意的是，如果我们仅有一个Implementor，可以没有必要创建一个抽象的Implementor类。这是Bridge模式的退化情况；在Abstraction与Implementor之间有一种一对一的关系。

写在最后

森林里的中间有一只凶狠的魔法生物，混身散发着火焰，周围是烧焦的树木。它似乎被顽强的霍比特人激怒了，咆哮了起来。仅凭普通的武器，小霍比特人们无法战胜这只凶兽，他们中已有好几人身负重伤了。在千钧一发之刻，武器工坊发出耀眼的光芒，白雪公主从中拿出了一把镶满冰晶的奇弓，附着了寒冰的魔法。公主拉起弓弦瞄准了火兽，“真正的战斗现在才开始呢！” ......

今天的笔记就到这里了，欢迎大家批评指正！如果觉得可以的话，好文推荐一下，我会非常感谢的！