13. 外观模式

一、外观模式

  根据单一职责原则，在软件中将一个系统划分为若干个子系统（Subsystem）有利于降低整个系统的复杂性。一个常见的设计目标是使客户类与子系统之间的通信和相互依赖关系达到最小，而达到该目标的途径之一就是引入一个外观角色（Facade），它为子系统的访问提供了一个简单而单一的入口。外观模式也是迪米特法则的体现，通过引入一个新的外观角色可以降低原有系统的复杂度，同时降低客户类与子系统类的耦合度。

  如果没有外观角色，每个客户端可能需要和多个子系统之间进行复杂的交互，系统的耦合度将很大。而增加一个外观角色之后，客户端只需要直接与外观角色交互，客户端与子系统之间原有的复杂关系由外观角色来实现，从而降低了系统的耦合度。

  外观模式 （Facade Pattern）也称 “门面模式”，外部与一个子系统的通信通过一个统一的外观角色进行。它主要为一个子系统中的一组接口提供一个统一的高层次接口，使得子系统更加容易使用。外观模式的核心思想是为子系统中的一组接口提供一个统一的接口，从而隐藏子系统的复杂性，并降低子系统与客户端之间的耦合度。

  在外观模式中，通常涉及以下角色：

• 外观角色（Facade）：为多个子系统对外提供一个共同的接口。在客户端可以调用这个角色的方法，在外观角色中可以知道相关的（一个或者多个）子系统的功能和责任。在正常情况下，它将所有从客户端发来的请求委派到相应的子系统中去，传递给相应的子系统对象处理。
• 子系统角色（Sub Facade）：实现系统的部分功能，客户可以通过外观角色访问它。在软件系统中可以有一个或者多个子系统角色。每个子系统可以不是一个单独的类，而是一个类的集合，它实现子系统的功能。每个子系统都可以被客户端直接调用，或者被外观角色调用，它处理由外观类传过来的请求。子系统并不知道外观的存在，对于子系统而言，外观角色仅仅是另外一个客户端而已。

  引入外观模式之后，增加新的子系统或者移除子系统都非常方便，客户端类无须进行修改（或者极少的修改），只需要在外观类中增加或移除对子系统的引用即可。从这一点来说，外观模式在一定程度上并不符合开闭原则，增加新的子系统需要对原有系统进行一定的修改，虽然这个修改工作量不大。

  总的来说，外观模式是一种非常实用的设计模式，它可以帮助我们简化系统的接口，降低耦合度，提高系统的可维护性和可扩展性。然而，在使用时也需要考虑其可能带来的缺点，并结合具体场景进行选择和应用。

二、C++实现外观模式

  子系统角色，实现系统的部分功能，客户可以通过外观角色访问它。

// 子系统角色
class Light
{
public:
    void on(void);
    void off(void);
};

void Light::on(void)
{
    std::cout << "开灯" << std::endl;
}

void Light::off(void)
{
    std::cout << "关灯" << std::endl;
}

// 子系统角色
class TV
{
public:
    void open(void);
    void close(void);
};

void TV::open(void)
{
    std::cout << "打开电视" << std::endl;
}

void TV::close(void)
{
    std::cout << "关闭电视" << std::endl;
}

  外观角色，为多个子系统对外提供一个共同的接口。

// 外观类
class SmartAudio
{
private:
    // 聚合电灯对象和电视对象
    Light * light;
    TV * tv;

public:
    void say(std::string message);
  
    Light * getLight(void);
    void setLight(Light * light);

    TV * getTV(void);
    void setTV(TV * tv);
};

void SmartAudio::say(std::string message)
{
    if (message.find("打开电视") != std::string::npos)
    {
        tv->open();
    }
    else if (message.find("关闭电视") != std::string::npos)
    {
        tv->close();
    }
    else if (message.find("开灯") != std::string::npos)
    {
        light->on();
    }
    else if (message.find("关灯") != std::string::npos)
    {
        light->off();
    }
    else
    {
        std::cout << "你说的我没有明白哦" << std::endl;
    }
}

Light * SmartAudio::getLight(void)
{
    return light;
}

void SmartAudio::setLight(Light * light)
{
    this->light = light;
}

TV * SmartAudio::getTV(void)
{
    return tv;
}

void SmartAudio::setTV(TV * tv)
{
    this->tv = tv;
}

  main() 函数：

#include <iostream>

int main(void)
{
    SmartAudio smartAudio;
    Light light;
    TV tv;

    smartAudio.setLight(&light);
    smartAudio.setTV(&tv);

    smartAudio.say("打开电视");
    smartAudio.say("关闭电视");
    smartAudio.say("开灯");
    smartAudio.say("关灯");

    return 0;
}

三、外观模式的总结

  外观模式通过引入一个外观角色来简化客户端与子系统之间的交互，为复杂的子系统调用提供一个统一的入口，使子系统与客户端的耦合度降低，且客户端调用非常方便。外观模式并不给系统增加任何新功能，它仅仅是简化调用接口。

  在标准的外观模式结构图中，如果需要增加、删除或更换与外观类交互的子系统类，必须修改外观类或客户端的源代码，这将违背开闭原则。因此，可以通过引入抽象外观类来对系统进行改进，在一定程度上解决该问题。在引入抽象外观类之后，客户端可以针对抽象外观类进行编程，对于新的业务需求，不需要修改原有外观类，而对应增加一个新的具体外观类。由新的具体外观类来关联新的子系统对象，同时通过修改配置文件来达到不修改任何源代码并更换外观类的目的。

3.1、外观模式的优点

• 对客户端屏蔽了子系统组件，减少了客户端所需处理的对象数目并使得子系统使用起来更加容易。通过引入外观模式，客户端代码将变得很简单，与之关联的对象也很少。
• 实现了子系统与客户端之间的松耦合关系，这使得子系统的变化不会影响到调用它的客户端，只需要调整外观类即可。
• 一个子系统的修改对其他子系统没有任何影响，而且子系统内部变化也不会影响到外观对象。
• 只是提供了一个访问子系统的统一入口，并不影响客户端直接使用子系统类。

3.2、外观模式的缺点

• 不能很好地限制客户端直接使用子系统类，如果对客户端访问子系统类做太多的限制则减少了可变性和灵活性。
• 如果设计不当，增加新的子系统可能需要修改外观类的源代码，这违背了开闭原则。

3.3、外观模式的适用场景

• 当要为访问一系列复杂的子系统提供一个简单入口时可以使用外观模式。
• 客户端程序与多个子系统之间存在很大的依赖性。引入外观类可以将子系统与客户端解耦，从而提高子系统的独立性和可移植性。
• 在层次化结构中，可以使用外观模式定义系统中每一层的入口，层与层之间不直接产生联系，而通过外观类建立联系，降低层之间的耦合度。