手机软件何时统一——桥接模式

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手机软件何时统一——桥接模式

继上一篇“有些类也需计划生育——单例模式”后,本文继续讲解《大话设计模式》第22章“手机软件何时统一——桥接模式”。喜欢本书请到各大商城购买原书,支持正版。

大话设计模式前期读书系列:

本文由于历史久远,故事讲述可能比较过时,但设计模式的精髓不变。

本文正式开始


1 凭什么你的游戏我不能玩

时间:5月31日20点 地点:大鸟房间 人物:小菜、大鸟

“大鸟,棒着个手机,玩什么呢?”小菜冲进了大鸟的房门。

“哈,玩小游戏呢,新买的手机,竟然可以玩小时候的游戏‘魂斗罗’。很久没碰这东西了,感觉很爽哦。”

“哦,是吗,连这游戏都有呀,给我看看。”

“等等,等我死了再说。”大鸟玩得正开心。

“等你死了?”小菜笑道,“你什么时候会‘死’呀?”

“那还有段时间了,至少半小时吧。”

“半小时才死呀,哦,那我半小时后来给你收尸。”小菜故意提高嗓门。

“你小子,找死呀。给你给你!”大鸟笑着把手机递给了小菜,“游戏和红白机上的一模一样,很让人怀旧呀。嗨,我跟你们这种80后小子说红白机,不就等于对牛弹琴吗!”

“怎么没玩过,我可也是任天堂红白机高手哦。大鸟别把我想得好像和你不是一代人一样,我们的童年应该差不多的。”

“现在时代变化太快了,差五岁,差不多就是差一代人,你是80后,我是70后,我们的童年差距当然很大。”

“哪有这么严重,‘魂斗罗’也是我很喜欢的游戏。对了,这游戏可以装到我的手机里吗?”

“你的手机是M品牌的吧,我的是N品牌的,按道理我这里的游戏你是不能玩的。

“是吗,这真是太扫兴了。你说这手机为什么不能统—一下软件呢?”

“其实手机真正的发展也就近十年,此期间各大手机厂商都发展自己的软件部门开发手机软件,哪怕是同一品牌的手机,不同型号的也完全有可能软件不兼容。”

“是的是的,”小菜点头道,“我以前用过的N品牌的两款手机,功能都是固化在手机里的,不同手机差别太大了,最早那个手机的拼音输入法实在是傻得要死,要发个短信得输入半天,和现在的输入法比真可说是天壤之别。现在好一点,同品牌的新手机,型号不同,软件还算是基本兼容,可惜不同品牌,软件基本还是不能整合在一起。”

“但你有没有想过,在计算机领域里,就完全不一样了。比如由于有了Windows 操作系统,使得所有的PC厂商不用关注软件,而软件制造商也不用过多关注硬件,这对计算机的整体发展是非常有利的。而有个别品牌的电脑公司自己开发操作系统和应用软件,尽管充满了创意,但却因为不能与其他软件整合,而使得发展缓慢,连盗版都不愿意光顾它。”

“哈,手机为什么不可以学计算机呢?由专业公司开发操作系统和应用软件,手机商只要好好把手机硬件做好就行了。”

“统一谈何容易,谁做的才算是标准呢?而谁又不希望自己的硬件和软件成为标准,然后一统天下。

这里有很多商业竞争的问题,不是我们想的这么简单。不过目前很多智能手机都在朝这个方向发展。或许过几年,我们手里的机器就可以实现软件完全兼容了。”

“我想那时应该就不叫做手机了,而是掌上电脑才更合适。”

2 紧耦合的程序演化

“说得有道理,另外你有没有想过,这里其实蕴含两种完全不同的思维方式?”

“你是说手机硬件软件和PC硬件软件?”

“对的,如果我现在有一个N品牌的手机,它有一个小游戏,我要玩游戏,程序应该如何写?”

“这还不简单。先写一个此品牌的游戏类,再用客户端调用即可。”

游戏类

// N品牌的手机中的游戏
class HandsetNGame
{
  public void Run()
  {
    Console.WriteLine("运行N品牌手机游戏");
  }
}

客户端代码

HandsetNGame game = new HandsetNGame();
game.Run();

“很好,现在又有一个M品牌的手机,也有小游戏,客户端也可以调用,如何做?“

“嗯,我想想,两个品牌,都有游戏,我觉得从面向对象的思想来说,应该有一个父类‘手机品牌游戏’,然后让N和M品牌的手机游戏都继承于它,这样可以实现同样的运行方法”。

“小菜不错,抽象的感觉来了。”

手机游戏类

class HandsetGame
{
  public virtual void Run()
  {
  
  }
}

M品牌手机游戏和N品牌手机游戏

class HandsetMGame : HandsetGame
{
  public override void Run()
  {
    Console.WriteLine(“运行M品牌手机游戏");
  }
}

class HandsetNGame : HandsetGame
{
  public override void Run()
  {
    Console.WriteLine("运行N品牌手机游戏");
  }
}

“然后,由于手机都需要通讯录功能,于是N品牌和M品牌都增加了通讯录的增删改查功能。你如何处理?”

“啊,这就有点麻烦了,那就意味着,父类应该是‘手机品牌’,下有‘手机品牌M’和‘手机品牌N’,每个子类下各有‘通讯录’和‘游戏’子类。”

代码结构图

手机软件何时统一——桥接模式

手机类

// 手机品牌
class HandsetBrand
{
  public virtual void Run()
  {
  
  }
}

手机品牌N和手机品牌M类

//手机品牌M
class HandsetBrandM : HandsetBrand
{
)

//手机品牌N
class HandsetBrandN : HandsetBrand
{
)

下属的各自通讯录类和游戏类

//手机品牌M的游戏
class HandsetBrandMGame : HandsetBrandM
{
  public override void Run()
  {
    Console.WriteLine("运行M品牌手机游戏");
  )
}

//手机品牌N的游戏
class HandsetBrandNGame : HandsetBrandN
{
  public override void Run()
  {
    Console.WriteLine("运行N品牌手机游戏");
  }
}

//手机品牌M的通讯录
class HandsetBrandMAddressList : HandsetBrandM
{
  public override void Run ()
  {
    Console.writeLine("运行M品牌手机通讯录");
  }
}

//手机品牌N的通讯录
class HandsetBrandNAddressList : HandsetBrandN
{
  public override void Run()
  {
    Console.WriteLine("运行N品牌手机通讯录");
  }
}

客户端调用代码

static void Main (string[] args)
{
  HandsetBrand ab;
  ab = new HandsetBrandMAddressList();
  ab.Run();
  
  ab = new HandsetBrandMGame();
  ab.Run();
  
  ab = new HandsetBrandNAddressList();
  ab.Run();
  
  ab = new HandsetBrandNGame() ;
  ab.Run();
  
  Console.Read() ;
}

“哈,这个结构应该还是可以的,现在我问你,如果我现在需要每个品牌都增加一个MP3音乐播放功能,你如何做?”

“这个?那就在每个品牌的下面都增加一个子类。”

“你觉得这两个子类差别大不大?”大鸟追问道。

“应该是不大的,不过没办法呀,因为品牌不同,增加功能就必须要这样的。”小菜无奈地说。

“好,那我现在又来了一家新的手机品牌‘S’,它也有游戏、通讯录、MP3音乐播放功能,你如何处理?”

“啊,那就得再增加‘手机品牌S’类和三个下属功能子类。这好像有点麻烦了。”

“你也感觉麻烦啦?如果我还需要增加‘输入法’功能、‘拍照’功能,再增加‘L品牌’、‘X品牌’你的类如何写?”

“啊哦,”小菜学了一声唐老鸭的叫声,感慨道,“我要疯了。要不这样,我换一种方式。“

过了几分钟,小菜画出了另一种结构图。

手机软件何时统一——桥接模式

“你觉得这样子问题就可以解决吗?”

“啊,”小菜摇了摇头,“不行,要是增加手机功能或是增加品牌都会产生很大的影响。“

”你知道问题出在哪里吗?”

“我不知道呀,”小菜很疑惑,“我感觉我一直在用面向对象的理论设计的,先有一个品牌,然后多个品牌就抽象出一个品牌抽象类,对于每个功能,就都继承各自的品牌。或者,不从品牌,从手机软件的角度去分类,这有什么问题呢?”

“是呀,就像我刚开始学会用面向对象的继承时,感觉它既新颖又功能强大,所以只要可以用,就都用上继承。这就好比是‘有了新锤子,所有的东西看上去都成了钉子。[DPE]’但事实上,很多情况用继承会带来麻烦。比如,对象的继承关系是在编译时就定义好了,所以无法在运行时改变从父类继承的实现。子类的实现与它的父类有非常紧密的依赖关系,以至于父类实现中的任何变化必然会导致子类发生变化。当你需要复用子类时,如果继承下来的实现不适合解决新的问题,则父类必须重写或被其他更适合的类替换。这种依赖关系限制了灵活性并最终限制了复用性[DP]。

“是呀,我这样的继承结构,如果不断地增加新品牌或新功能,类会越来越多的。”

“在面向对象设计中,我们还有一个很重要的设计原则,那就是合成/聚合复用原则。即优先使用对象合成/聚合,而不是类继承[DP]。

3 合成/聚合复用原则

合成/聚合复用原则(CARP),尽量使用合成/聚合,尽量不要使用类继承。[J&DP]

合成(Composition,也有翻译成组合)和聚合(Aggregation)都是关联的特殊种类。聚合表示一种弱的‘拥有’关系,体现的是A对象可以包含B对象,但B对象不是A对象的一部分;合成则是一种强的‘拥有’关系,体现了严格的部分和整体的关系,部分和整体的生命周期一样[DPE]。比方说,大雁有两个翅膀,翅膀与大雁是部分和整体的关系,并且它们的生命周期是相同的,于是大雁和翅膀就是合成关系。而大雁是群居动物,所以每只大雁都是属于一个雁群,一个雁群可以有多只大雁,所以大雁和雁群是聚合关系。”

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“合成/聚合复用原则的好处是,优先使用对象的合成/聚合将有助于你保持每个类被封装,并被集中在单个任务上。这样类和类继承层次会保持较小规模,并且不太可能增长为不可控制的庞然大物[DPJ]。就刚才的例子,你需要学会用对象的职责,而不是结构来考虑问题。其实答案就在之前我们聊到的手机与PC电脑的差别上。”

“哦,我想想看,手机是不同的品牌公司,各自做自己的软件,就像我现在的设计一样,而PC却是硬件厂商做硬件,软件厂商做软件,组合起来才是可以用的机器。你是这个意思吗?”

“很好,我很喜欢你提到的‘组合’这个词,实际上,像‘游戏’、‘通讯录’、‘MP3音乐播放’这些功能都是软件,如果我们可以让其分离与手机的耦合,那么就可以大大减少面对新需求时改动过大的不合理情况。”

“好的好的,我想想怎么弄,你的意思其实就是应该有个‘手机品牌’抽象类和‘手机软件’抽象类,让不同的品牌和功能都分别继承于它们,这样要增加新的品牌或新的功能都不用影响其他类了。”

结构图

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“还剩个问题,手机品牌和手机软件之间的关系呢?”大鸟问道。

“我觉得应该是手机品牌包含有手机软件,但软件并不是品牌的一部分,所以它们之间是聚合关系。”

结构图

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“说得好。来试着写写看吧。”

4 松耦合的程序

小菜经过半小时,改动代码如下。

手机软件抽象类

//手机软件
abstract class HandsetSoft
{
  public abstract void Run();
}

游戏、通讯录等具体类

//手机游戏
class HandsetGame : Handsetsoft
{
  public override void Run()
  {
    Console.WriteLine("运行手机游戏");
  }
}

//手机通讯录
class HandsetAddressList : Handsetsoft
{
  public override void Run()
  {
    Console.WriteLine("运行手机通讯录");
  }
}

手机品牌类

//手机品牌
abstract class HandsetBrand
{
  protected Handsetsoft soft;
  
  // 设置手机软件
  // 品牌需要关注软件,所以可在机器中安装软件(设置手机软件),以备运行
  public void SetHandsetSoft(Handsetsoft soft)
  {
    this.soft = soft;
  }
  
  //运行
  public abstract void Run();
}

品牌N品牌M具体类

//手机品牌N
class HandsetBrandN : HandsetBrand
{
  public override void Run()
  {
    soft.Run();
  }
}

//手机品牌M
class HandsetBrandM : HandsetBrand
{
  public override void Run()
  {
    soft.Run();
  }
)

客户端调用代码

static void Main (string[] args)
{
  HandsetBrand ab;
  ab = new HandsetBrandN();
  ab.SetHandsetSoft(new HandsetGame());
  ab.Run();
  
  ab.SetHandsetSoft(new HandsetAddressList());
  ab.Run();
  
  ab = new HandsetBrandM();
  ab.SetHandsetSoft(new HandsetGame());
  ab.Run();
  
  ab.SetHandsetSoft(new HandsetAddressList());
  ab.Run();
  Console.Read();
}

“感觉如何?是不是好很多。”

“是呀,现在如果要增加一个功能,比如MP3音乐播放功能,那么只要增加这个类就行了。不会影响其他任何类。类的个数增加也只是一个。”

// 手机MP3播放
class HandsetMP3 : HandSoft
{
  public override void Run()
  {
    Console.WriteLine("运行手机MP3播放");
  }
}

“如果是要增加S品牌,只需要增加一个品牌子类就可以了。个数也是一个,不会影响其他类的改动。”

//手机品牌s
class HandsetBrands : HandsetBrand
{
  public override void Run()
  {
    soft.Run();
  }
}

“这显然是也符合了我们之前的一个什么设计原则?”

“开放-封闭原则。这样的设计显然不会修改原来的代码,而只是扩展类就行了。但今天我的感受最深的是合成/聚合复用原则,也就是优先使用对象的合成或聚合,而不是类继承。聚合的魅力无限呀。相比,继承的确很容易造成不必要的麻烦。”

“盲目使用继承当然就会造成麻烦,而其本质原因主要是什么?”

“我想应该是,继承是一种强耦合的结构。父类变,子类就必须要变。”

“OK,所以我们在用继承时,一定要在是‘is-a’的关系时再考虑使用,而不是任何时候都去使用。”

“大鸟,今天这个例子是不是一个设计模式?”

“哈,当然,你看看刚才画的那幅图,两个抽象类之间有什么,像什么?”

“有一个聚合线,哈,像一座桥。”

“好,说得好,这个设计模式就叫做‘桥接模式’。”

5 桥接模式

桥接模式(Bridge),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。[DP]

“这里需要理解一下,什么叫抽象与它的实现分离,这并不是说,让抽象类与其派生类分离,因为这没有任何意义。实现指的是抽象类和它的派生类用来实现自己的对象[DPE]。就刚才的例子而言,就是让‘手机’既可以按照品牌来分类,也可以按照功能来分类。”

按品牌分类实现结构图

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按软件分类实现结构图

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“由于实现的方式有多种,桥接模式的核心意图就是把这些实现独立出来,让它们各自地变化。这就使得每种实现的变化不会影响其他实现,从而达到应对变化的目的。”

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6 桥接模式基本代码

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桥接模式(Bridge)结构图

Implementor类

abstract class Implementor
{
  public abstract void Operation();
}

ConcreteImplementorA和 ConcretelmplementorB等派生类

class ConcreteImplementorA : Implementor
{
  public override void Operation()
  {
    Console.WriteLine("具体实现A的方法执行");
  }
}

class ConcreteImplementorB : Implementor
{
  public override void Operation()
  {
    Console.WriteLine("具体实现B的方法执行");
  }
}

Abstraction类

class Abstraction
{
  protected Implementor implementor;
  
  public void SetImplementor(Implementor implementor)
  {
    this.implementor = implementor;
  }
  
  public virtual void Operation()
  {
    implementor.Operation();
  }
}

RefinedAbstraction类

class RefinedAbstraction : Abstraction
{
  public override void Operation()
  {
    implementor.Operation();
  }
}

客户端实现

static void Main(string[] args)
{
  Abstraction ab = new RefinedAbstraction();
  
  ab.SetImplementor(new ConcreteImplementorA());
  ab.Operation();
  
  ab.SetImplementor(new ConcreteImplementorB());
  ab.Operation();
  
  Console.Read();
}

“我觉得桥接模式所说的‘将抽象部分与它的实现部分分离’,还是不好理解,我的理解就是实现系统可能有多角度分类,每一种分类都有可能变化,那么就把这种多角度分离出来让它们独立变化,减少它们之间的耦合。”

“哈,小菜说的和GoF 说的不就是一会事吗!只不过你说的更通俗,而人家却更简练而已。也就是说,在发现我们需要多角度去分类实现对象,而只用继承会造成大量的类增加,不能满足开放-封闭原则时,就应该要考虑用桥接模式了。”

“哈,我感觉只要真正深入地理解了设计原则,很多设计模式其实就是原则的应用而已,或许在不知不觉中就在使用设计模式了。”

7 我要开发“好”游戏

“说得好,好了,你该干吗就干吗去,我要继续玩游戏了。”大鸟注意力回到了手机上。

“啊,和你说了这么多,我还没来得及看你的新手机呢?”小菜说。

“瞎起什么劲,喜欢自己也去买一个不就得了。”大鸟有些不耐烦了。

“我要是有钱,就一定去买那种有操作系统,把软件与手机分离的智能手机,说不定我还可以自己开发手机游戏呢?”小菜说。

“还是好好打设计模式的基础吧,开发手机游戏不过是一种实际的开发运用而已,有了深厚的功底,学这些具体的新技术又有何难!”

“Yes,Sir !”


每天学一点,不贪多。

下一篇我们接着读“第23章 烤羊肉串引来的思考——命令模式”,欢迎关注微信公众号【乐趣课堂】。

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