设计模式 7 桥接模式

设计模式 7

• 创建型模式（5）：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式
• 结构型模式（7）：适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰者模式、外观模式、享元模式、代理模式
• 行为型模式（11）：责任链模式、命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板方法模式、访问者模式

桥接模式（Bridge Pattern）

1 定义

桥接模式允许在运行时将抽象类与其实现类解耦。它通过引入一个接口来使得抽象类与具体的实现类分开，从而支持两者的独立变化。这样可以避免复杂的多层继承结构。

2 结构

桥接模式的结构包含以下角色：

• 抽象类（Abstraction）: 定义抽象接口，并保存一个指向实现类的引用。
• 扩展抽象类（Refined Abstraction）: 继承抽象类，并实现其接口。
• 实现类接口（Implementor）: 定义实现类的接口。
• 具体实现类（Concrete Implementor）: 实现实现类接口的具体类。

UML 类图

+-------------------+        +-------------------+
|    Abstraction    |        |   Implementor     |
+-------------------+        +-------------------+
| - implementor     |        | + OperationImpl() |
| + Operation()     |        +-------------------+
+-------------------+                 ^
        |                             |
        |                             |
+-------------------+        +---------------------+
| RefinedAbstraction|        | ConcreteImplementor |
+-------------------+        +---------------------+
| + Operation()     |        | + OperationImpl()   |
+-------------------+        +---------------------+

3 示例代码

以下是一个实现桥接模式的简单示例。假设我们要创建一个图形绘制程序，其中有不同类型的图形和不同的绘制方式。

实现类接口

// 实现者接口
public interface IColor
{
    void ApplyColor();
}

具体实现类

// 具体实现者1：红色
public class RedColor : IColor
{
    public void ApplyColor()
    {
        Console.WriteLine("Applying red color.");
    }
}

// 具体实现者2：绿色
public class GreenColor : IColor
{
    public void ApplyColor()
    {
        Console.WriteLine("Applying green color.");
    }
}

抽象类

// 抽象类：形状
public abstract class Shape
{
    protected IColor color;

    protected Shape(IColor color)
    {
        this.color = color;
    }

    public abstract void Draw();
}

扩展抽象类

// 细化抽象类1：圆形
public class Circle : Shape
{
    public Circle(IColor color) : base(color)
    {
    }

    public override void Draw()
    {
        Console.Write("Circle is being drawn. ");
        color.ApplyColor();
    }
}

// 细化抽象类2：矩形
public class Rectangle : Shape
{
    public Rectangle(IColor color) : base(color)
    {
    }

    public override void Draw()
    {
        Console.Write("Rectangle is being drawn. ");
        color.ApplyColor();
    }
}

客户端代码

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 创建红色和绿色的实现者
        IColor red = new RedColor();
        IColor green = new GreenColor();

        // 创建带有不同颜色的形状
        Shape redCircle = new Circle(red);
        Shape greenRectangle = new Rectangle(green);

        // 画形状
        redCircle.Draw();  // 输出: Circle is being drawn. Applying red color.
        greenRectangle.Draw();  // 输出: Rectangle is being drawn. Applying green color.
    }
}

在这个例子中：

• IColor 是实现者接口，定义了 ApplyColor() 方法。
• RedColor 和 GreenColor 是具体实现者，实现了 IColor 接口。
• Shape 是抽象类，它维护了一个 IColor 类型的引用，并定义了 Draw() 方法。
• Circle 和 Rectangle 是 Shape 的细化抽象类，分别实现了 Draw() 方法。

4 特点

• 优点:

  • 解耦抽象与实现: 通过桥接模式，抽象与实现可以独立变化，降低了系统的耦合度。

  • 灵活性: 可以很方便地扩展新的抽象和实现类，而不需要修改已有的代码。

  • 符合开闭原则: 新的实现可以在不修改原有代码的情况下添加。

• 缺点:

  • 增加了系统的复杂性: 由于引入了多个类和接口，可能会使得系统结构变得复杂。

  • 维护难度增加: 当扩展的类和接口数量增多时，维护这些类和接口的难度可能会增加。

5 适用场景

• 多变的实现类: 当你有多个实现类和多个抽象类，并且你希望在运行时动态组合这些实现时，可以使用桥接模式。
• 避免类爆炸: 当抽象类和实现类的数量不断增加，导致类的数量爆炸时，可以考虑使用桥接模式来减少复杂性。

6 与其他模式的关系

• 适配器模式: 适配器模式用于解决接口不兼容的问题，而桥接模式用于将抽象与实现解耦。
• 组合模式: 桥接模式与组合模式都使用了组合的方式来构建对象，但桥接模式侧重于解耦，而组合模式更关注于树形结构的创建。

桥接模式通过将抽象与实现分离，使得系统的扩展更加灵活，适用于需要同时支持多种变化的场景。