《Python编程实战：运用设计模式、并发和程序库创建高质量程序》—— 2.2 桥接模式...

本节书摘来自华章出版社《Python编程实战：运用设计模式、并发和程序库创建高质量程序》一 书中的第2章，第2.2节，作者：（美）　Mark Summerfield，更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

2.2　桥接模式

“桥接模式”（Bridge Pattern）用于将“抽象”（abstraction，比如接口或算法）与实现方式相分离。
如果不用桥接模式，那么通常的写法是，创建若干个基类，用于表示各种抽象方式，然后从每个基类中继承出两个或多个子类，用于表示对这种抽象方式的不同实现办法。用了桥接模式之后，我们需要创建两套独立的“类体系”（class hierarchy）：“抽象体系”定义了我们所要执行的操作（比如接口或高层算法），而“实现体系”则包含具体实现方式，抽象体系要调用实现体系以完成其操作。抽象体系中的类会把实现体系中的某个类实例聚合进来，而这个实例将充当抽象接口与具体实现之间的桥梁（bridge）。
在前一节所讲的适配器模式中，HtmlRenderer类就可称为桥接模式，因为它为了完成渲染操作，把HtmlWriter实例聚合进来了。
本节要编写一个类，它可以用特定算法来绘制条形图，然而我们想把具体的算法实现代码放在其他类中。barchart1.py范例程序就是以这种方式来完成此功能的，它使用了桥接模式。

BarCharter类在其render()方法中描述了条形图绘制算法，而该算法要通过符合条形图渲染接口的渲染器来实现。这个渲染器需要具备接口中定义的四个方法：initialize(int, int)、draw_caption(str)、draw_bar(str, int)、finalize()。
与前一节类似，我们也通过isinstance()来判断传入的renderer对象是否具备所需的接口，这样就无须强迫条形图渲染器必须实现某个特定的基类了。但这次我们不像上一节那样用十行代码编写一个类，而是只用两行代码来创建专门用于检查接口的类。

上面这段代码先创建了名为BarRenderer的类，并设置好使用abc模块所需的metaclass属性。然后，这个类会传给Qtrac.has_methods()函数，该函数将返回一个“类修饰器”。修饰器会向受修饰的类里添加__subclasshook__()类方法。当我们调用isinstance()来检测某个实例是不是BarRenderer类型时，这个新添加的方法会判断实例对应的类是否具备所需的方法。（如果不熟悉类修饰器，那么请先阅读2.4节，尤其是2.4.2节，然后再回到这里。）

Qtrac.py模块的has_methods()函数通过methods参数来捕获用户所需的方法，然后创建类修饰器函数，并将其返回。修饰器函数本身又创建了__subclasshook__()函数，并用Python内置的classmethod()函数将其设置成基类的类方法。这个__subclasshook__()函数的代码与上一节所列的基本相同，区别在于这次没有把基类写成硬代码，而是通过Base参数来表示那个受修饰的类，另外，所需检测的方法名也没写成硬代码，而是用has_methods()函数的methods参数来表示的。
要实现接口检测功能，还有个办法，就是继承通用的抽象基类。例如：

上面这段代码节选自barchart3.py。Qtrac.Requirer类（没有列出来，但是在Qtrac.py文件里）是个抽象基类，它能像@has_methods类修饰器那样检测相关的类是否实现了所需的接口。

main()函数设置了一些数据，然后创建了两张条形图，用两种不同的渲染方式分别渲染这些数据。由程序所输出的这两张条形图列在图2.2里，接口与类的关系如图2.3所示。

上面这个类实现了条形图绘制接口，并把表示条形图的文本输出到sys.stdout。若想令用户能够配置输出文件，只需对这段代码稍加修改即可，而且在类Unix系统中，还可以拿“绘制方框专用的Unicode字符”（Unicode box drawing character）来画图，并辅以各种颜色，使输出更加美观。
请注意，尽管TextBarRenderer的finalize()什么事都没做，但还是必须写上，因为条形图渲染器的接口里定义了这个方法。
虽说Python的标准库涵盖面非常广（这种设计思路叫做“batteries included”），但奇怪的是，这里面似乎缺了一项重要的功能——找不到专门读写标准位图与矢量图的包。一种办法是调用第三方库，比如，可以使用支持多种图片格式的Pillow库（网址是：github.com/python-imaging/Pillow），也可以使用专门处理某种图片格式的库，甚至还可以用“GUI工具包库”（GUI toolkit library）来做。另一种办法是自己创建图形处理库，我们将在3.12节中讲解这种办法。若只需处理GIF格式的图像，则可使用Tkinter（如果将来随同Python发布的Tk/Tcl是8.6版，那么还支持PNG格式）。
在barchart1.py文件中，ImageBarRenderer类采用cyImage模块来处理图像，若无法使用此模块，则使用Image模块。由于两模块之间差别不大，所以我们把二者统称为“Image模块”。本书的范例代码中有这两个模块的源代码，而且稍后还会讲解它们（3.12节讲解Image模块，5.3节讲解cyImage模块）。为了使程序完整，范例代码里还含有barchart2.py文件，这个版本与barchart1.py的区别在于，它没使用cyImage或Image，而是用Tkinter来处理图像的，本书不会列出此版本的代码。
由于ImageBarRenderer比TextBarRenderer复杂得多，所以我们把该类的静态数据与方法分开，逐个讲解。

Image模块用32位无符号整数来表示像素颜色，颜色值由alpha（透明度）、red（红）、green（绿）、blue（蓝）这四个分量组成。模块里有个Image.color_for_name()函数，可根据颜色名称返回与之对应的无符号整数，这个名称既可以是X11的rgb.txt文件中所列的名称（比如"sienna"），也可以是HTML风格的名称（比如"#A0522D"）。
上面这段代码定义了条形图中各个条块的颜色。

用户可通过__init__()方法的参数来调整条形图中条块的样貌。

由于条形图渲染器的接口里定义了initialize()，所以ImageBarRenderer类必须要有上面这个方法才行（同时还必须有draw_caption()、draw_bar()、finalize()方法，它们的代码将在后面列出）。该方法新建了一张图像，其宽度同条块数量与条块宽度之积成正比，其高度与条形图有可能出现的最大高度成正比，其初始颜色是白色。
self.index变量用于记录当前应该绘制条形图里的第几个条块（从0开始算）。

由于Image模块没有文本绘制功能，所以无法直接输出caption参数，我们换一种办法使用此参数：以它为基础来确定图像的文件名。
Image模块本身支持两种图像格式，一种是XBM（文件扩展名为.xbm），用于表示黑白图像，另一种是XPM（文件扩展名为.xpm），用于表示彩色图像。如果安装了PyPNG模块（该模块详情参见：pypi.python.org/pypi/pypng），那么Image模块还能支持PNG格式的图像（后缀名为.png）。此处我们选用XPM格式，因为条形图是彩色的，而且这种格式广受支持。

上述方法首先从COLORS序列中选择与当前条块相匹配的颜色（如果条块数量比颜色数还多，那就用当前条块的序号除以颜色总数，根据余数来确定颜色）。然后计算当前条块（也就是self.index）左上角及右下角的坐标，并调用self.image实例（此实例的类型是Image.Image）的rectangle()方法，根据坐标及填充色来绘制矩形。最后递增index，为绘制下个条块做准备。

上面这个finalize()方法很简单，保存图像并将其文件名告诉用户。
尽管TextBarRenderer与ImageBarRenderer的实现方式差别很大，但它们均可作为抽象体系与实现体系之间的桥梁。BarCharter类可以分别用两者所提供的具体实现代码来绘制条形图。