【23种设计模式】结构型模式 > 桥接模式

桥接模式（Bridge Pattern）

问题描述：

1. 拿汽车在路上行驶的来说。即有小汽车又有公共汽车，它们都不但能在市区中的公路上行驶，也能在高速公路上行驶。这你会发现，对于交通工具（汽车）有不同的类型，然而它们所行驶的环境（路）也在变化，在软件系统中就要适应两个方面的变化？怎样实现才能应对这种变化呢？这个问题变化的量有两个维度，即车和路。

2. 有各种各样的图形，比如长方形，圆形，三角形，也有各种各样的颜色模式，比如红色，黄色，白色。使用桥接模式后，就可以很方便的新增图形类型和颜色类型，从而增加它们的组合类型，而不需要在依次创建诸如红色长方形，红色三角形等这种类。

一、介绍

在软件系统中，某些类型由于自身的逻辑，它具有两个或多个维度的变化，那么如何应对这种“多维度的变化”？如何利用面向对象的技术来使得该类型能够轻松的沿着多个方向进行变化，而又不引入额外的复杂度？这就要使用Bridge模式。实现系统可能有多个角度分类，每一种角度都可能变化，那么把这种多角度分类给分离出来让他们独立变化，减少他们之间耦合

桥接模式是一种很实用的结构型设计模式，如果软件系统中某个类存在两个独立变化的维度，通过该模式可以将这两个维度分离出来，使两者可以独立扩展，让系统更加符合“单一职责原则”。与多层继承方案不同，它将两个独立变化的维度设计为两个独立的继承等级结构，并且在抽象层建立一个抽象关联，该关联关系类似一条连接两个独立继承结构的桥，故名桥接模式。

桥接模式用一种巧妙的方式处理多层继承存在的问题，用抽象关联取代了传统的多层继承，将类之间的静态继承关系转换为动态的对象组合关系，使得系统更加灵活，并易于扩展，同时有效控制了系统中类的个数。桥接定义如下：

桥接模式(Bridge Pattern)：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。它是一种对象结构型模式，又称为柄体(Handle and Body)模式或接口(Interface)模式。

二、适用场景

在以下情况下可以考虑使用桥接模式：
(1)如果一个系统需要在抽象化和具体化之间增加更多的灵活性，避免在两个层次之间建立静态的继承关系，通过桥接模式可以使它们在抽象层建立一个关联关系。
(2)“抽象部分”和“实现部分”可以以继承的方式独立扩展而互不影响，在程序运行时可以动态将一个抽象化子类的对象和一个实现化子类的对象进行组合，即系统需要对抽象化角色和实现化角色进行动态耦合。
(3)一个类存在两个（或多个）独立变化的维度，且这两个（或多个）维度都需要独立进行扩展。
(4)对于那些不希望使用继承或因为多层继承导致系统类的个数急剧增加的系统，桥接模式尤为适用。

三、UML类图

在桥接模式结构图中包含如下几个角色：

●Abstraction（抽象类）：用于定义抽象类的接口，它一般是抽象类而不是接口，其中定义了一个Implementor（实现类接口）类型的对象并可以维护该对象，它与Implementor之间具有关联关系，它既可以包含抽象业务方法，也可以包含具体业务方法。

●RefinedAbstraction（扩充抽象类）：扩充由Abstraction定义的接口，通常情况下它不再是抽象类而是具体类，它实现了在Abstraction中声明的抽象业务方法，在RefinedAbstraction中可以调用在Implementor中定义的业务方法。

●Implementor（实现类接口）：定义实现类的接口，这个接口不一定要与Abstraction的接口完全一致，事实上这两个接口可以完全不同，一般而言，Implementor接口仅提供基本操作，而Abstraction定义的接口可能会做更多更复杂的操作。Implementor接口对这些基本操作进行了声明，而具体实现交给其子类。通过关联关系，在Abstraction中不仅拥有自己的方法，还可以调用到Implementor中定义的方法，使用关联关系来替代继承关系。

●ConcreteImplementor（具体实现类）：具体实现Implementor接口，在不同的ConcreteImplementor中提供基本操作的不同实现，在程序运行时，ConcreteImplementor对象将替换其父类对象，提供给抽象类具体的业务操作方法。

桥接模式是一个非常有用的模式，在桥接模式中体现了很多面向对象设计原则的思想，包括“单一职责原则”、“开闭原则”、“合成复用原则”、“里氏代换原则”、“依赖倒转原则”等。熟悉桥接模式有助于我们深入理解这些设计原则，也有助于我们形成正确的设计思想和培养良好的设计风格。

在使用桥接模式时，我们首先应该识别出一个类所具有的两个独立变化的维度，将它们设计为两个独立的继承等级结构，为两个维度都提供抽象层，并建立抽象耦合。通常情况下，我们将具有两个独立变化维度的类的一些普通业务方法和与之关系最密切的维度设计为“抽象类”层次结构（抽象部分），而将另一个维度设计为“实现类”层次结构（实现部分）。例如：对于毛笔而言，由于型号是其固有的维度，因此可以设计一个抽象的毛笔类，在该类中声明并部分实现毛笔的业务方法，而将各种型号的毛笔作为其子类；颜色是毛笔的另一个维度，由于它与毛笔之间存在一种“设置”的关系，因此我们可以提供一个抽象的颜色接口，而将具体的颜色作为实现该接口的子类。在此，型号可认为是毛笔的抽象部分，而颜色是毛笔的实现部分，如下图：

在图中，如果需要增加一种新型号的毛笔，只需扩展左侧的“抽象部分”，增加一个新的扩充抽象类；如果需要增加一种新的颜色，只需扩展右侧的“实现部分”，增加一个新的具体实现类。扩展非常方便，无须修改已有代码，且不会导致类的数目增长过快。

四、优缺点

4.1 优点

桥接模式的主要优点如下：
(1)分离抽象接口及其实现部分。桥接模式使用“对象间的关联关系”解耦了抽象和实现之间固有的绑定关系，使得抽象和实现可以沿着各自的维度来变化。所谓抽象和实现沿着各自维度的变化，也就是说抽象和实现不再在同一个继承层次结构中，而是“子类化”它们，使它们各自都具有自己的子类，以便任何组合子类，从而获得多维度组合对象。
(2)在很多情况下，桥接模式可以取代多层继承方案，多层继承方案违背了“单一职责原则”，复用性较差，且类的个数非常多，桥接模式是比多层继承方案更好的解决方法，它极大减少了子类的个数。
(3)桥接模式提高了系统的可扩展性，在两个变化维度中任意扩展一个维度，都不需要修改原有系统，符合“开闭原则”。

4.2 缺点

(1)桥接模式的使用会增加系统的理解与设计难度，由于关联关系建立在抽象层，要求开发者一开始就针对抽象层进行设计与编程。
(2)桥接模式要求正确识别出系统中两个独立变化的维度，因此其使用范围具有一定的局限性，如何正确识别两个独立维度也需要一定的经验积累。

五、代码实现

C++ 

#include <iostream>#include <string>using namespace std; class Brush{public:    virtual string getColor() = 0; };class WhiteBrush : public Brush{public:    string getColor()override    {        return "white";    }};class RedBrush : public Brush{public:    string getColor()override    {        return "red";    }};class YelloBrush : public Brush{public:    string getColor()override    {        return "yellow";    }};// 抽象Shape类class Shape{public:    virtual void render() = 0;    void setBrush(Brush* b)    {        brush = b;    }protected:    Brush* brush; // 关联到另一个纬度};class Rect : public Shape{public:    Rect()    {    }    void render() override    {        cout << brush->getColor() << " " << "rectangle" << endl;    }};class Circle : public Shape{public:    Circle()    {    }    void render() override    {        cout << brush->getColor() << " " << "circle" << endl;    }};class Triangle: public Shape{public:    Triangle()    {    }    void render() override    {        cout << brush->getColor() << " " << "triangle" << endl;    }};int main(){    WhiteBrush* whiteBrush = new WhiteBrush();     YelloBrush* yellowBrush = new YelloBrush();     RedBrush* redBrush = new RedBrush();    Shape* shape = new Circle();     shape->setBrush(whiteBrush);     shape->render();    shape->setBrush(yellowBrush);     shape->render();     shape = new Rect();    shape->setBrush(redBrush);    shape->render();    shape->setBrush(yellowBrush);    shape->render();}

C# 

using System;using System.Collections.Generic;class Program{    public abstract class Brush    {        public abstract string getColor();    }    public class WhiteBrush : Brush    {        public override string getColor()    {    return "white";    }    }    public class RedBrush : Brush    {        public override string getColor()    {    return "red";    }    }    public class YelloBrush : Brush    {        public override string getColor()    {    return "yellow";    }    }    // 抽象Shape类    public abstract class Shape    {        public abstract void render();        public void setBrush(Brush b)        {            brush = b;        }        protected Brush brush; // 关联到另一个纬度    }    public class Rect : Shape    {        public Rect()        {        }        public override void render()        {            Console.Write(brush.getColor());            Console.Write(" ");            Console.Write("rectangle");            Console.Write("\n");        }    }    public class Circle : Shape    {        public Circle()        {        }        public override void render()        {            Console.Write(brush.getColor());            Console.Write(" ");            Console.Write("circle");            Console.Write("\n");        }    }    public class Triangle : Shape    {        public Triangle()        {        }        public override void render()        {            Console.Write(brush.getColor());            Console.Write(" ");            Console.Write("triangle");            Console.Write("\n");        }    }    static void Main()    {        WhiteBrush whiteBrush = new WhiteBrush();        YelloBrush yellowBrush = new YelloBrush();        RedBrush redBrush = new RedBrush();        Shape shape = new Circle();        shape.setBrush(whiteBrush);        shape.render();        shape.setBrush(yellowBrush);        shape.render();        shape = new Rect();        shape.setBrush(redBrush);        shape.render();        shape.setBrush(yellowBrush);        shape.render();    }}

结果： 

white circle
yellow circle
red rectangle
yellow rectangle