学习记录：《C++设计模式——李建忠主讲》4.“单一职责”模式

单一职责模式：在软件组件的设计中，如果责任划分的不清晰，使用继承得到的结果往往是随着需求的变化，子类急剧膨胀，同时充斥着重复代码，这时候的关键是划清责任。

典型模式：装饰模式（Decorator）、桥接模式（Bridge）。

一、装饰模式

1.动机

在某些情况下我们可能会“过度地使用继承来扩展对象的功能”，由于继承为类型引入的静态特质，使得这种扩展方式缺乏灵活性；并且随着子类的增多（扩展功能的增多），各种子类的组合（扩展功能的组合）会导致更多子类的膨胀。

2.作用

使“对象功能的扩展”能够根据需要来动态地实现；同时避免“扩展功能的增多”带来的子类膨胀问题，使得任何“功能扩展变化”所导致的影响降为最低。

3.定义

动态（组合）地给一个对象增加一些额外的职责。就增加功能而言，Decorator模式比生成子类（继承）更为灵活（消除重复代码、减少子类个数）。

4.代码

//原有代码
//业务操作
class Stream{
public：
    virtual char Read(int number)=0;
    virtual void Seek(int position)=0;
    virtual void Write(char data)=0;
    virtual ~Stream(){}
};
//主体类
class FileStream: public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读文件流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位文件流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写文件流
    }
};
class NetworkStream :public Stream{
public:
    //...
};
class MemoryStream :public Stream{
public:
    //...
};
//扩展操作
class CryptoFileStream :public FileStream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //额外的加密操作...
        FileStream::Read(number);//读文件流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //额外的加密操作...
        FileStream::Seek(position);//定位文件流
    }
    virtual void Write(byte data){
        //额外的加密操作...
        FileStream::Write(data);//写文件流
    }
};
class CryptoNetworkStream : :public NetworkStream{
public:
    //...
};
class CryptoMemoryStream : public MemoryStream{
public:
    //...
};
//额外的缓冲操作...
class BufferedFileStream : public FileStream{
    //...
};
class BufferedNetworkStream : public NetworkStream{
    //...
};
class BufferedMemoryStream : public MemoryStream{
    //...
}
//额外的加密缓存操作...
class CryptoBufferedFileStream :public FileStream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //额外的加密操作...
        //额外的缓冲操作...
        FileStream::Read(number);//读文件流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //额外的加密操作...
        //额外的缓冲操作...
        FileStream::Seek(position);//定位文件流
    }
    virtual void Write(byte data){
        //额外的加密操作...
        //额外的缓冲操作...
        FileStream::Write(data);//写文件流
    }
};
void Process(){
    //编译时装配
    CryptoFileStream *fs1 = new CryptoFileStream();
    BufferedFileStream *fs2 = new BufferedFileStream();
    CryptoBufferedFileStream *fs3 =new CryptoBufferedFileStream();
}

//运用装饰模式后的代码
//业务操作
class Stream{
public：
    virtual char Read(int number)=0;
    virtual void Seek(int position)=0;
    virtual void Write(char data)=0;
    virtual ~Stream(){}
};
//主体类
class FileStream: public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读文件流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位文件流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写文件流
    }
};
class NetworkStream :public Stream{
public:
    //...
};
class MemoryStream :public Stream{
public:
    //...
};
//扩展操作
DecoratorStream: public Stream{
protected:
    Stream* stream;//...
    DecoratorStream(Stream * stm):stream(stm){
    }
};
class CryptoStream: public DecoratorStream {
public:
    CryptoStream(Stream* stm):DecoratorStream(stm){
    }
    virtual char Read(int number){
        //额外的加密操作...
        stream->Read(number);//读文件流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //额外的加密操作...
        stream::Seek(position);//定位文件流
    }
    virtual void Write(byte data){
        //额外的加密操作...
        stream::Write(data);//写文件流
    }
};
class BufferedStream : public DecoratorStream{
    Stream* stream;//...
public:
    BufferedStream(Stream* stm):DecoratorStream(stm){
    }
    //...
};
void Process(){
    //运行时装配
    FileStream* s1=new FileStream();
    CryptoStream* s2=new CryptoStream(s1);
    BufferedStream* s3=new BufferedStream(s1);
    CryptoBufferedFileStream* s4=new BufferedStream(s2);
}

5.解析

这是一个内容流程序，有读、定位（搜索）和写等功能，在业务上有文件流、网络流和内存流等，扩展出的功能包括额外加密操作和缓存操作等。

在原有代码中，以继承的方法扩展这些功能，很详细也很好理解，但存在以下问题：继承引入了静态特质，使得这种扩展方式缺乏灵活性；并且随着子类的增多（扩展功能的增多），各种子类的组合会导致更多子类的膨胀，如下图所示。假设一级功能有n种，二级功能有m种，则该程序一共有（1+n+X）个类。（思考X用n和m怎么表示）。

在运用装饰模式后的代码中，通过动态（组合）地给一个对象增加一些额外的职责，其结构如图所示，则该程序一共有（1+n+1+m）个类，相比之前大大减小了类的个数，且通过动态组合，将编译时依赖转化为运行时依赖。

6.结构

其中，Component（抽象类，如Stream）：

1.定义一个对象接口，可以给这些对象动态地添加职责。

ConcreteComponent（具体类，如FileStream、NetworkStream）

1.定义一个对象，可以给这个对象添加一些职责

Decorator（装饰抽象类，如DecoratorStream）

1.维持一个指向Component对象的指针，并定义一个与Component接口一致的接口。

ConcreteDecorator（具体装饰类，如CryptoStream、BufferedStream）

1.向组件添加职责

7.总结

1.通过采用组合而非继承的手法，Decorator模式实现了在运行时动态扩展对象功能的能力，而且可以根据需要扩展多个功能。避免了使用继承带来的“灵活性差”和“多子类衍生问题”。

2.Decorator类在接口上表现为is-a Component的继承关系，即Decorator类继承了Component类所具有的接口。但在实现上又表现为has-a Component的组合关系，即Decorator类又使用了另外一个Component类。

3.Decorator模式的目的并非解决“多子类衍生的多继承”问题，Decorator模式应用的要点在于解决“主体类在多个方向上的扩展功能”——是为“装饰”的含义。

二、桥接模式

1.动机

由于某些类型固有的实现逻辑，使得它们具有两个变化的维度，乃至多个纬度的变化。

2.作用

使得该类型可以轻松地沿着两个乃至多个方向变化，而不引入额外的复杂度，以应对这种“多维度的变化”。

3.定义

将抽象部分（业务功能）与实现部分（平台实现）分离，使它们都可以独立地变化。

4.代码

//原有代码
class Messager{
public:
    virtual void Login(string username, string password)=0;
    virtual void SendMessage(string message)=0;
    virtual void SendPicture(Image image)=0;
    virtual void PlaySound()=0;
    virtual void DrawShape()=0;
    virtual void WriteText()=0;
    virtual void Connect()=0;
    virtual ~Messager(){}
};
//平台实现
class PCMessagerBase : public Messager{
public:
    virtual void PlaySound(){
        //**********
    }
    virtual void DrawShape(){
        //**********
    }
    virtual void WriteText(){
        //**********
    }
    virtual void Connect(){
        //**********
    }
};
class MobileMessagerBase : public Messager{
public:
    //**********
};
//业务抽象
class PCMessagerLite : public PCMessagerBase {
public:
    virtual void Login(string username, string password){
        PCMessagerBase::Connect();
    }
    virtual void SendMessage(string message){
        PCMessagerBase::WriteText();
    }
    virtual void SendPicture(Image image){
        PCMessagerBase::DrawShape();
    }
};
class PCMessagerPerfect : public PCMessagerBase {
public:
    virtual void Login(string username, string password){
        PCMessagerBase::PlaySound();
        PCMessagerBase::Connect();
    }
    virtual void SendMessage(string message){
        PCMessagerBase::PlaySound();
        PCMessagerBase::WriteText();
    }
    virtual void SendPicture(Image image){
        PCMessagerBase::PlaySound();
        PCMessagerBase::DrawShape();
    }
};
class MobileMessagerLite : public MobileMessagerBase {
public:
    //**********
};
class MobileMessagerPerfect : public MobileMessagerBase {
public:
    //**********
};
void Process(){
        //编译时装配
        Messager *m = new MobileMessagerPerfect();
}

//运用桥接模式后代码
class Messager{
protected:
     MessagerImp* messagerImp;//...
public:
    virtual void Login(string username, string password)=0;
    virtual void SendMessage(string message)=0;
    virtual void SendPicture(Image image)=0;
    virtual ~Messager(){}
};
class MessagerImp{
public:
    virtual void PlaySound()=0;
    virtual void DrawShape()=0;
    virtual void WriteText()=0;
    virtual void Connect()=0;
    virtual MessagerImp(){}
};
//平台实现 n
class PCMessagerImp : public MessagerImp{
public:
    virtual void PlaySound(){
        //**********
    }
    virtual void DrawShape(){
        //**********
    }
    virtual void WriteText(){
        //**********
    }
    virtual void Connect(){
        //**********
    }
};
class MobileMessagerImp : public MessagerImp{
public:
    //**********
};
//业务抽象 m
//类的数目：1+n+m
class MessagerLite :public Messager {
public:
    virtual void Login(string username, string password){
        messagerImp->Connect();
    }
    virtual void SendMessage(string message){
        messagerImp->WriteText();
    }
    virtual void SendPicture(Image image){
        messagerImp->DrawShape();
    }
};
class MessagerPerfect  :public Messager {
public:
    virtual void Login(string username, string password){
        messagerImp->PlaySound();
        messagerImp->Connect();
    }
    virtual void SendMessage(string message){
        messagerImp->PlaySound();
        messagerImp->WriteText();
    }
    virtual void SendPicture(Image image){
        messagerImp->PlaySound();
        messagerImp->DrawShape();
    }
};
void Process(){
    //运行时装配
    MessagerImp* mImp=new PCMessagerImp();
    Messager *m =new Messager(mImp);
}

 5.解析

这是一个关于在不同平台（PC和Moblie）上，实现不同业务（MessagerLite、MessagerPerfect）的程序。

原有的代码与装饰模式中原有代码类似，通过不断地继承以扩展功能，但缺点也是显而易见的，容易造成子类的庞大不灵活。

在运用桥接模式的代码中，将抽象部分（业务功能）与实现部分（平台实现）分离，使得抽象和实现可以沿着各自的维度来变化。

6.结构

其中，

1.Abstraction：定义抽象类的接口；维护一个指向Implementtor类型对象的指针；

2.RefinedAbstraction：扩充由Abstraction定义的接口；

3.Implementor：定义实现类的接口，该接口不一定要与Abstraction的接口完全一致，甚至可以完全不同；

4.ConcreteImplementor：实现Implementor接口并定义它的具体实现。

7.总结

1.Bridge模式使用“对象间的组合关系”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纬度的变化，即“子类化”它们。

2.Bridge模式有时候类似于多继承方案，但是多继承方案往往违背单一职责原则（即一个类只有一个变化的原因），复用性比较差。 Bridge模式是比多继承方案更好的解决方法。

3.Bridge模式的应用一般在“两个非常强的变化维度”，有时一个类也有多于两个的变化维度，这时可以使用Bridge的扩展模式。