【设计模式】外观模式

外观模式

简介

外观模式提供一个外观角色封装多个复杂的子系统，简化客户端和子系统之间的交互，方便客户端使用。外观模式可以降低系统的耦合度。如果没有外观类，不同的客户端在需要和多个不同的子系统交互，系统中将存在复杂的引用关系。

外观模式：为子系统中的一组接口提供一个统一的入口。外观模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。

结构

实现

实现方式：

• 考虑能否在现有子系统的基础上提供一个更简单的接口。如果该接口能让客户端代码独立与众多子系统类，那么你的方向就是正确的。
• 在一个新的外观类中声明并实现该接口。外观应将客户端代码的调用重定向到子系统中的相应对象处。如果客户端代码没有对子系统进行初始化，也没有对其后续生命周期进行管理，那么外观必须完成此类工作。
• 如果要充分发挥这一模式的优势，必须确保所有客户端代码仅能通过外观与子系统进行交互。此后客户端代码将不会收到任何由子系统代码修改而造成的影响。
• 如果外观变得过于臃肿，可以考虑将其部分行为抽取为一个新的专用外观类。

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>

class Subsystem1 {
public:
    std::string Operation1() const {
        return "Subsystem1: Ready!\n";
    }
    // ...
    std::string OperationN() const {
        return "Subsystem1: Go!\n";
    }
};

class Subsystem2 {
public:
    std::string Operation1() const {
        return "Subsystem2: Ready!\n";
    }
    // ...
    std::string OperationZ() const {
        return "Subsystem2: Go!\n";
    }
};

// 外观类
class Facade {
protected:
    Subsystem1* subsystem1_;
    Subsystem2* subsystem2_;

public:
    Facade(Subsystem1* subsystem1 = nullptr, Subsystem2* subsystem2 = nullptr) {
        this->subsystem1_ = subsystem1 ?: new Subsystem1;
        this->subsystem2_ = subsystem2 ?: new Subsystem2;
    }
    ~Facade() {
        delete subsystem1_;
        delete subsystem2_;
    }
    std::string Operation() {
        std::string result = "Facade initializes subsystems:\n";
        result += this->subsystem1_->Operation1();
        result += this->subsystem2_->Operation1();
        result += "Facade orders subsystems to perform the action:\n";
        result += this->subsystem1_->OperationN();
        result += this->subsystem2_->OperationZ();
        return result;
    }
};

void ClientCode(Facade* facade) {
    // ...
    std::cout << facade->Operation();
    // ...
}


int main(int argc, char * argv[]) {
    Subsystem1* subsystem1 = new Subsystem1;
    Subsystem2* subsystem2 = new Subsystem2;
    // std::shared_ptr<Facade> facade = std::make_shared<Facade>(subsystem1, subsystem2);
    Facade *facade = new Facade(subsystem1, subsystem2);
    ClientCode(facade);
    delete facade;

    return 0;
}

from __future__ import annotations


class Facade:
    """
    """

    def __init__(self, subsystem1: Subsystem1, subsystem2: Subsystem2) -> None:
        self._subsystem1 = subsystem1 or Subsystem1()
        self._subsystem2 = subsystem2 or Subsystem2()

    def operation(self) -> str:
        results = []
        results.append("Facade initializes subsystems:")
        results.append(self._subsystem1.operation1())
        results.append(self._subsystem2.operation1())
        results.append("Facade orders subsystems to perform the action:")
        results.append(self._subsystem1.operation_n())
        results.append(self._subsystem2.operation_z())
        return "\n".join(results)


class Subsystem1:
    """
    """

    def operation1(self) -> str:
        return "Subsystem1: Ready!"

    # ...

    def operation_n(self) -> str:
        return "Subsystem1: Go!"


class Subsystem2:
    """
    """

    def operation1(self) -> str:
        return "Subsystem2: Get ready!"

    # ...

    def operation_z(self) -> str:
        return "Subsystem2: Fire!"


def client_code(facade: Facade) -> None:
    print(facade.operation(), end="")


if __name__ == "__main__":
    subsystem1 = Subsystem1()
    subsystem2 = Subsystem2()
    facade = Facade(subsystem1, subsystem2)
    client_code(facade)

实例

问题描述

电脑主机（Mainframe）中只需要按下主机的开机按钮（powerOn），即可调用其他硬件设备和软件的启动方法，如内存（Memory）的自检（selfCheck）、CPU的运行（run）、硬盘（HardDisk）的读取（read）、操作系统（OS）的载入（load）等。如果某一过程发生错误则电脑开机失败。

问题解答

// Example.cpp

#include <iostream>
#include <memory>

//子系统：内存
class Memory
{
public:
    void selfCheck()
    {
        std::cout << "…………内存自检……\n";
    }
};

//子系统：CPU
class CPU
{
public:
    void run()
    {
        std::cout << "…………运行CPU运行……\n";
    }
};

//子系统：硬盘
class HardDisk
{
public:
    void read()
    {
        std::cout << "…………读取硬盘……\n";
    }
};

//子系统：操作系统
class OS
{
public:
    void load()
    {
        std::cout << "…………载入操作系统……\n";
    }
};

//外观类
class Facade
{
private:
    Memory *memory;
    CPU *cpu;
    HardDisk *hardDisk;
    OS *os;

public:
    Facade()
    {
        memory = new Memory();
        cpu = new CPU();
        hardDisk = new HardDisk();
        os = new OS();
    }
    void powerOn()
    {
        std::cout << "正在开机……\n";
        memory->selfCheck();
        cpu->run();
        hardDisk->read();
        os->load();
        std::cout << "开机完成……\n";
    }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    std::shared_ptr<Facade> facade = std::make_shared<Facade>();
    facade->powerOn();

    return 0;
}

总结

优点

• 可以让自己的代码独立于复杂子系统，可以大大降低耦合度。

缺点

• 外观可能成为与程序中所有类都耦合的上帝对象(即一个了解过多或者负责过多的对象)。
• 如果需要增加或者减少子系统，需要修改外观类，违反开闭原则。

场景

• 如果你需要一个指向复杂子系统的直接接口，且该接口的功能有限，则可以使用该模式。
• 如果需要将子系统组织为多层结构，则可以使用该模式。

与其他模式的关系

• 外观模式为现有对象定义了一个新接口，适配器模式则会试图运用已有的接口。适配器通常只封装一个对象，外观通常会作用于整个对象子系统上。
• 当只需要客户端代码隐藏子系统创建对象的方式时，可以使用抽象工厂模式来替代外观模式。
• 享元模式展示了如何生成大量的小型对象，外观模式则展示了如何用一个对象来代表整个子系统。
• 外观模式和中介者模式的职责类似：它们都尝试在大量紧密耦合的类中组织起合作。
  • 外观为子系统中的所有对象定义了一个简单接口，但是它不提供任何新功能。子系统本身不会意识到外观的存在。子系统中的对象可以直接进行交流。
  • 中介者将系统中组件的沟通行为中心化。各组件只知道中介者对象，无法直接相互交流。
• 外观模式类通常可以转换为单例模式类，因为在大部分情况下一个外观对象就足够了。
• 外观模式和代理模式的相似之处在于它们都缓存了一个复杂实体并自行对其初始化。代理模式与其服务对象遵循同一个接口，使得自己和服务对象客户互换，在这一点上它与外观不同。