C++ 设计模式之外观模式

【声明】本题目来源于卡码网（题目页面 (kamacoder.com)）

【提示：如果不想看文字介绍，可以直接跳转到C++编码部分】

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【简介】什么是外观模式

        外观模式Facade Pattern , 也被称为“⻔⾯模式”，是⼀种结构型设计模式，外观模式定义了⼀个⾼层接⼝，这个接⼝使得⼦系统更容易使⽤，同时也隐藏了⼦系统的复杂性。

        ----⻔⾯模式可以将⼦系统关在“⻔⾥”隐藏起来，客户端只需要通过外观接⼝与外观对象进⾏交互，⽽不需要直接和多个⼦系统交互，⽆论⼦系统多么复杂，对于外部来说是隐藏的，这样可以降低系统的耦合度。

        举个例⼦，假设你正在编写的⼀个模块⽤来处理⽂件读取、解析、存储，我们可以将这个过程拆成三部分，然后创建⼀个外观类，将⽂件系统操作、数据解析和存储操作封装在外观类中，为客户端提供⼀个简化的接⼝，如果后续需要修改⽂件处理的流程或替换底层⼦系统，也只需在外观类中进⾏调整，不会影响客户端代码。

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【基本结构】

        外观模式的基本结构⽐较简单，只包括“外观”和“⼦系统类”：

• 外观类：对外提供⼀个统⼀的⾼层次接⼝，使复杂的⼦系统变得更易使⽤。
• ⼦系统类：实现⼦系统的功能，处理外观类指派的任务。

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 【简易实现步骤】

下⾯使⽤Java代码实现外观模式的通⽤结构：

1. 子系统A

// ⼦系统A
class SubsystemA {
    public void operationA() {
        System.out.println("SubsystemA operation");
    }
}

2. 子系统B

// ⼦系统B
class SubsystemB {
    public void operationB() {
        System.out.println("SubsystemB operation");
    }
}

3. 子系统C

// ⼦系统C
class SubsystemC {
    public void operationC() {
        System.out.println("SubsystemC operation");
    }
}

4. 外观类

// 外观类
class Facade {
    private SubsystemA subsystemA;
    private SubsystemB subsystemB;
    private SubsystemC subsystemC;

    public Facade() {
        this.subsystemA = new SubsystemA();
        this.subsystemB = new SubsystemB();
        this.subsystemC = new SubsystemC();
    }

    // 外观⽅法，封装了对⼦系统的操作
    public void facadeOperation() {
        subsystemA.operationA();
        subsystemB.operationB();
        subsystemC.operationC();
    }
}

5. 客户端代码

// 客户端
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建外观对象
        Facade facade = new Facade();
        // 客户端通过外观类调⽤⼦系统的操作
        facade.facadeOperation();
    }
}

        在上⾯的代码中， Facade 类是外观类，封装了对三个⼦系统SubSystem 的操作。客户端通过调⽤外观类的⽅法来实现对⼦系统的访问，⽽不需要直接调⽤⼦系统的⽅法。

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【优缺点和使用场景】

        外观模式通过提供⼀个简化的接⼝，隐藏了系统的复杂性，降低了客户端和⼦系统之间的耦合度，客户端不需要了解系统的内部实现细节，也不需要直接和多个⼦系统交互，只需要通过外观接⼝与外观对象进⾏交互。

        但是如果需要添加新的⼦系统或修改⼦系统的⾏为，就可能需要修改外观类，这违背了“开闭原则”。

        外观模式的应⽤也⼗分普遍，下⾯⼏种情况都使⽤了外观模式来进⾏简化。

• Spring框架是⼀个⼴泛使⽤外观模式的例⼦。Spring框架提供了⼀个⼤量的功能，包括依赖注⼊、⾯向切⾯编程（AOP）、事务管理等。Spring的ApplicationContext 可以看作是外观，隐藏了底层组件的复杂性，使得开发者可以更轻松地使⽤Spring的功能。
• JDBC提供了⼀个⽤于与数据库交互的接⼝。DriverManager 类可以看作是外观，它简化了数据库驱动的加载和连接的过程，隐藏了底层数据库连接的复杂性。
• Android系统的API中也使⽤了外观模式。例如， Activity 类提供了⼀个外观，使得开发者可以更容易地管理应⽤的⽣命周期，⽽⽆需关⼼底层的事件和状态管理。

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【编码部分】

1. 题目描述

        小明家的电源总开关控制了家里的三个设备：空调、台灯和电视机。每个设备都有独立的开关密码，分别用数字1、2和3表示。即输入1时，空调关闭，输入2时，台灯关闭，输入3时，电视机关闭，当输入为4时，表示要关闭所有设备。请你使用外观模式编写程序来描述电源总开关的操作。

2. 输入描述

        第一行是一个整数 N（1 <= N <= 100），表示后面有 N 行输入。接下来的 N 行，每行包含一个数字，表示对应设备的开关操作（1表示关闭空调，2表示关闭台灯，3表示关闭电视机，4表示关闭所有设备）。

3. 输出描述

        输出关闭所有设备后的状态，当输入的数字不在1-4范围内时，输出Invalid device code.

4. C++编码实例

/**
* @version Copyright (c) 2024 NCDC, Servo。 Unpublished - All rights reserved
* @file FacadeMode.hpp
* @brief 外观模式
* @autor 写代码的小恐龙er
* @date 2024/01/11
*/

#include 
#include 

using namespace std;
// 前置声明
// 子系统1 -- 空调
class AirConditioner;
// 子系统2 -- 台灯
class Light;
// 子系统3 -- 电视机
class TV;
// 外观模式的管理类 -- 接口类的派生类
class FacadePowerSwitch;

// 子系统1 -- 空调
class AirConditioner
{
public:
    void TurnOff(){
        std::cout << "Air Conditioner is turned off." << endl;
    }
};

// 子系统1 -- 空调
class Light
{
public:
    void TurnOff(){
        std::cout << "Desk Lamp is turned off." << endl;
    }
};

// 子系统1 -- 空调
class TV
{
public:
    void TurnOff(){
        std::cout << "Television is turned off." << endl;
    }
};

// 外观模式的管理类 -- 接口类的派生类
class FacadePowerSwitch
{
    // 成员数据
private:
   AirConditioner *_airConditioner;
   Light *_light;
   TV *_tv;
    // 成员函数
public:
    // 重载构造函数 和 析构函数
    FacadePowerSwitch()
    {
        _airConditioner = new AirConditioner();
        _light = new Light();
        _tv = new TV();
    }
    ~FacadePowerSwitch(){
        if(_airConditioner != nullptr) {
            delete _airConditioner;
            _airConditioner = nullptr;
        }
        if(_light != nullptr) {
            delete _light;
            _light = nullptr;
        }
        if(_tv != nullptr) {
            delete _tv;
            _tv = nullptr;
        }
    }
    
    // 子系统业务代码
    void TurnOffContion(int orderType){
        switch(orderType)
        {
            case 1:
                _airConditioner->TurnOff();
                break;
            case 2:
                _light->TurnOff();
                break;
            case 3:
                _tv->TurnOff();
                break;
            case 4:
                std::cout << "All devices are off." << endl;
                break;
            default:
                std::cout << "Invalid device code." << endl;
                break;
        }
    }
};

int main()
{
    // 指令值个数
    int orderNum = 0;
    std::cin >> orderNum;
    // 创建外观管理类对象
    FacadePowerSwitch *facadePowerSwitch = new FacadePowerSwitch();
    
    for(int i = 0; i < orderNum; i++)
    {
        // 指令值
        int orderType = 0;
        std::cin >> orderType;
        //并调用业务函数
        facadePowerSwitch->TurnOffContion(orderType);
    }
    
    delete facadePowerSwitch;
    facadePowerSwitch = nullptr;
    return 0;
}

......

To be continued.