大卫的Design Patterns学习笔记07：Bridge

一、概述
Bridge（桥接）模式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。

二、结构
Bridge模式的结构如下：

图1：Bridge模式类图示意
由于Bridge实现抽象-实现的特性，它与Builder模式存在一定的相似性，但二者的区别也是十分显著的，后者更专注于复杂对象的创建，可以认为是Bridge模式的在对象创建方面的一个应用。
Bridge模式与Object Adapter模式及后面即将讲到的Facade模式等Structural Patterns也存在一定的相似性。Bridge模式与Facade模式的区别比较明显，二者的意图完全不同，前者通过Delegate实现抽象-实现的分离，而后者通过封装已有多个子系统来简化接口；而Bridge模式与Object Adapter模式的也主要表现的意图上，Adapter模式的目的在于接口转换，虽然对于Object Adapter而言，具体的实现被委托给了具体的adaptee类。此外，Adapter与Adaptee往往不具有相同的接口（要不然何来转换的必要），而Bridge模式下，Implementor与ConcreteImplementor属于统一类系，并且，前者标识了后者对外的接口；同样，对于Facade类而言，它与被封装的子系统之间往往也没有继承关系。

三、应用
在以下几种情况下可以考虑使用Bridge模式：
Case 1、你不希望在抽象和它的实现部分之间有一个固定的绑定关系。例如这种情况可能是因为，在程序运行时刻实现部分应可以被选择或者切换。
Case 2、类的抽象以及它的实现都应该可以通过生成子类的方法加以扩充。这时Bridge模式使你可以对不同的抽象接口和实现部分进行组合，并分别对它们进行扩充。
Case 3、对一个抽象的实现部分的修改应对客户不产生影响，即客户的代码不必重新编译。
Case 4、（C++）你想对客户完全隐藏抽象的实现部分。在C++中，类的表示在类接口中是可见的。
Case 5、有许多类要生成。这样一种类层次结构说明你必须将一个对象分解成两个部分。Rumbaugh称这种类层次结构为“嵌套的普化”（nested generalizations）。
Case 6、你想在多个对象间共享实现（可能使用引用计数），但同时要求客户并不知道这一点。一个简单的例子便是Coplien的String类，在这个类中多个对象可以共享同一个字符串表示（StringRep）（见附录）。
与Builder模式一样，Bridge模式也是3D原则（见笔记1：概述）在设计中的应用，因此他们具有一定的相似性，但Builder专注与复杂对象的创建，而Bridge模式则主要强调Delegate，即职责的委派。
Case 1在很多界面方案切换程序中被大量使用（如使用单独的界面绘制类，在其中实现同一界面方案下不同控件的色彩、阴影等绘制方法，每一种界面元素都保存或者可以间接获取到该绘制类的指针，从而可以在实际绘制自身时加以运用。感兴趣的朋友可以参考著名界面库BCGPro的CBCGPVisualManager及其派生类的实现）；同样，Case 1在许多需要考虑跨平台（可能是OS，也可能是所使用的第三方应用系统，如数据库）问题的应用中也被大量用到，只不过，在这些情况下，实际被编译到最终应用中的可能只是多个Implementor中的一个。
以上几种Case中，前5种主要表现的是由Delegate所带来的分别修改而不相互影响等优点，而Case 6所提出的共享实现是说，我们可以通过将大家公用的部分提取成单独的Implementor，只在各SpecificAbstraction中进行更深入的对Abstraction的细化，同时通过组合/继承将部分操作交给Implementor完成。

四、优缺点
Bridge模式有以下一些优点：
1）分离接口及其实现部分 一个实现未必不变地绑定在一个接口上。抽象类的实现可以在运行时刻进行配置，一个对象甚至可以在运行时刻改变它的实现。
将Abstraction和Implementor分离有助于降低对实现部分编译时刻的依赖性，当改变一个实现类时，并不需要重新编译Abstraction类和它的客户程序。为了保证一个类库的不同版本之间的二进制兼容性，一定要有这个性质。
另外，接口与实现分离有助于分层，从而产生更好的结构化系统，系统的高层部分仅需知道Abstraction和Implementor即可。
2）提高可扩充性 你可以独立地对Abstraction和Implementor层次结构进行扩充。
3）实现细节对客户透明 你可以对客户隐藏实现细节，例如共享Implementor对象以及相应的引用计数机制（如果有的话）。

五、举例
Bridge模式的优点只有在存在多个RefinedAbstraction、ConcreteImplementor的情况下才比较突出，但很多程序库，为了简化接口类，同时出于扩展的需要，往往也将类与其实现分离成独立的两个类，这在STL、boost中可以说是屡见不鲜。对于我们的普通应用，在设计时也应考虑为以后的扩展保留一定余地，特别是在设计那些基础类时尤其需要注意。
在MFC中，典型的Bridge模式的应用如CArchive与CFile（分别代表类图中的Abstraction与Implementor），CArchive对外提供读写对象的接口，而CFile及其子类负责提供不同的数据保存机制，如读写内存，读写磁盘文件，读写Socket等。在构造CArchive对象时向其传递一个CFile（或其子类）的对象，使得前者可以获取必要的序列化相关信息，客户代码在进行实际的序列化操作时，可以完全不用去考虑CFile类是如何进行读写的，这种分离实现的结果不但简化了各自对外的接口，也使得对Abstraction和Implementor进行扩展变得十分方便。
下面是一个典型的应用Bridge模式的例子，两种不同的时间表示（不同的RefinedAbstraction）拥有相同的接口（拥有相同的基类Time），但内部分别使用了两个不同的时间实现（不同的ConcreteImplementor），这种设计使得Time及其子类的接口比较简单，同时也使得重用TimeImp成为可能，而要对该实现进行扩展，只需要实现新的RefinedAbstraction以及ConcreteImplementor即可：

#include <iostream.h>
#include <iomanip.h>
#include <string.h>

class TimeImp {
public:
   TimeImp( int hr, int min ) {
      hr_ = hr;  min_ = min; }
   virtual void tell() {
      cout << "time is " << setw(2) << setfill(48) << hr_ << min_ << endl; }
protected:
   int hr_, min_;
};

class CivilianTimeImp : public TimeImp {
public:
   CivilianTimeImp( int hr, int min, int pm ) : TimeImp( hr, min ) {
      if (pm)
         strcpy( whichM_, " PM" );
      else
         strcpy( whichM_, " AM" ); }
   /* virtual */ void tell() {
      cout << "time is " << hr_ << ":" << min_ << whichM_ << endl; }
protected:
   char  whichM_[4];
};

class ZuluTimeImp : public TimeImp {
public:
   ZuluTimeImp( int hr, int min, int zone ) : TimeImp( hr, min ) {
      if (zone == 5)
         strcpy( zone_, " Eastern Standard Time" );
      else if (zone == 6)
         strcpy( zone_, " Central Standard Time" ); }
   /* virtual */ void tell() {
      cout << "time is " << setw(2) << setfill(48) << hr_ << min_ 
         << zone_ << endl; }
protected:
   char  zone_[30];
};

class Time {
public:
   Time() { }
   Time( int hr, int min ) {
      imp_ = new TimeImp( hr, min ); }
   virtual void tell() {
      imp_->tell(); }
protected:
   TimeImp*  imp_;
};

class CivilianTime : public Time {
public:
   CivilianTime( int hr, int min, int pm ) {
      imp_ = new CivilianTimeImp( hr, min, pm ); }
};

class ZuluTime : public Time {
public:
   ZuluTime( int hr, int min, int zone ) {
      imp_ = new ZuluTimeImp( hr, min, zone ); }
};

void main() {
   Time*  times[3];
   times[0] = new Time( 14, 30 );
   times[1] = new CivilianTime( 2, 30, 1 );
   times[2] = new ZuluTime( 14, 30, 6 );
   for (int i=0; i < 3; i++)
      times[i]->tell();
}

// time is 1430
// time is 2:30 PM
// time is 1430 Central Standard Time

附：
Coplien的String及StringRef实现
#include <stdio.h>
#include <string.h>

class StringRep
{
    friend class String;

public:
    char* text;
    int refCount;
    
    StringRep()
    {
        *(text = new char[1]) = '/0';
    }
    
    StringRep( const StringRep& s )
    {
        strcpy( text = new char[strlen(s.text) + 1], s.text);
    }
    
    StringRep( const char* s )
    {
        strcpy( text = new char[strlen(s) + 1], s);
    }
    
    StringRep( char** const r)
    {
        text = *r;
        *r = 0;
        refCount = 1;
    }
    
    ~StringRep()
    {
        delete[] text;
    }
    
    int length() const
    {
        return strlen( text );
    }
    
    void print() const
    {
        printf("%s/n", text);
    }
};

class String
{
    friend class StringRep;

public:
    StringRep* operator->() const
    {
        return imp;
    }
    
    String()
    {
        (imp = new StringRep())->refCount = 1;
    }
    
    String(const char* charStr)
    {
        (imp = new StringRep(charStr))->refCount = 1;
    }
    
    String operator=(const String& q)
    {
        imp->refCount--;
        if (imp->refCount <= 0 && imp!= q.imp)
            delete imp;
        
        imp = q.imp;
        imp->refCount++;
        return *this;
    }
    
    ~String()
    {
        imp->refCount--;
        if (imp->refCount <= 0)
            delete imp;
    }

private:
    String(char** r)
    {
        imp = new StringRep(r);
    }
    
    StringRep* imp;
};

// Using Counter Pointer Classes
int main() {
    String a( "abcd" );
    String b( "efgh" );
    printf( "a is " );
    a->print();
    printf( "b is " );
    b->print();
    printf( "length of b is %d/n", b->length() );
    
    return 0;
}

参考：
1、http://home.earthlink.net/~huston2/dp/BridgeDemosCpp