设计模式——外观模式
一、定义与概念
- 定义
C++ 外观模式（Facade Pattern）是一种结构型设计模式，它为子系统中的一组接口提供了一个统一的高层接口，这个接口使得子系统更易于使用。通过将复杂的子系统封装在一个简单的外观类中，外观模式简化了客户端与子系统之间的交互。 - 核心思想
隐藏子系统的复杂性，将多个子系统的交互和调用逻辑封装在一个外观类中。客户端只需要与外观类进行交互，而不需要了解子系统内部的细节和复杂的调用关系，从而降低了客户端与子系统之间的耦合度。
二、结构和组成部分
子系统类（Subsystem Classes）
定义
这些是实现具体功能的类，它们组成了一个子系统。子系统类之间可能存在复杂的交互和依赖关系，这些关系对于客户端来说可能是难以理解和操作的。
代码示例（以家庭影院系统为例，包含三个子系统类）
功放类
class Amplifier {
public:void on() {std::cout << "Amplifier is on." << std::endl;}void setVolume(int volume) {std::cout << "Amplifier volume set to " << volume << "." << std::endl;}void off() {std::cout << "Amplifier is off." << std::endl;}
};
播放器类
class Player {
public:void on() {std::cout << "Player is on." << std::endl;}void play() {std::cout << "Player is playing." << std::endl;}void off() {std::cout << "Player is off." << std::endl;}
};
投影仪类
class Projector {
public:void on() {std::cout << "Projector is on." << std::endl;}void off() {std::cout << "Projector is off." << std::endl;}
};
外观类（Facade Class）
定义
外观类是外观模式的核心，它知道哪些子系统类负责哪些功能，并将客户端的请求转发给相应的子系统类来处理。外观类提供了一个简化的接口，隐藏了子系统类的复杂性。
代码示例（家庭影院外观类）
class HomeTheaterFacade {
private:Amplifier* amplifier;Player* player;Projector* projector;public:HomeTheaterFacade() {amplifier = new Amplifier();player = new Player();projector = new Projector();}void watchMovie() {projector->on();amplifier->on();amplifier->setVolume(10);player->on();player->play();}void endMovie() {projector->off();amplifier->off();player->off();}~HomeTheaterFacade() {delete amplifier;delete player;delete projector;}
};
三、应用场景
- 简化复杂系统的调用
当一个系统由多个子系统组成，且子系统之间的交互复杂时，外观模式可以提供一个简单的接口来统一操作这些子系统。例如，在一个大型企业资源规划（ERP）系统中，包含了采购、销售、库存、财务等多个子系统，通过创建一个 ERP 系统外观类，可以将复杂的业务流程操作封装起来，方便客户端（如企业管理人员）使用。 - 分层架构中的层间交互
在分层架构中，外观模式可以用于简化不同层之间的交互。例如，在三层架构（表示层、业务逻辑层、数据访问层）中，业务逻辑层可以作为一个外观类，将数据访问层的复杂操作（如数据库连接、查询、更新等）封装起来，为表示层提供简单、统一的接口，这样表示层不需要了解数据访问层的具体实现细节。 - 第三方库或框架的集成
当集成多个第三方库或框架时，这些库或框架本身可能具有复杂的接口和调用方式。通过创建一个外观类，可以将第三方库的功能整合在一起，为应用程序提供一个更易于使用的接口。例如，在一个图形处理应用程序中，集成了多个用于图像加载、处理和保存的第三方库，通过外观类可以统一这些库的操作，使应用程序更方便地使用这些功能。
四、优缺点
优点
- 降低耦合度：
客户端与子系统之间的耦合度大大降低，因为客户端只需要与外观类交互，而不需要了解子系统的内部细节。这使得子系统的变化不会直接影响到客户端，提高了系统的可维护性和可扩展性。 - 提高易用性：
为复杂的子系统提供了一个简单、统一的接口，使得客户端使用子系统更加方便。这对于复杂的业务逻辑或系统操作尤其重要，可以提高开发效率，减少错误。 - 促进子系统的独立性和可维护性：
由于子系统的复杂性被封装在外观类中，子系统可以独立地进行开发、测试和维护，而不会对客户端产生影响。这有助于团队分工协作，提高整个系统的开发效率。
缺点
- 外观类可能变得复杂：
如果子系统过于复杂，外观类可能会承担过多的责任，导致其本身变得复杂。这可能会影响外观类的可维护性，并且当子系统发生变化时，外观类可能需要进行大量的修改。 - 不符合开闭原则：
在某些情况下，当需要添加新的子系统功能或修改子系统的接口时，可能需要修改外观类的代码，这违反了开闭原则。不过，在实际应用中，可以通过一些设计技巧（如使用抽象外观类和具体外观类）来尽量减少这种影响。
外观模式是一种非常实用的设计模式，在处理复杂系统的简化和集成方面具有重要作用，但在使用时需要注意其优缺点，合理设计外观类和子系统的结构。