11结构型设计模式——外观模式

一、外观模式简介

外观模式（Facade Pattern）是一种结构型设计模式，它提供了一个统一的接口来访问子系统中的一组接口，使得子系统的使用更加简单和方便。通过外观模式，可以将复杂的子系统封装在一个外观类（Facade）中，从而减少代码的耦合度，提高系统的可维护性和易用性。

外观模式的结构图

1. 外观类（Facade）：提供一个高层接口，简化了对子系统的操作。
2. 子系统类（Subsystem Classes）：实现具体的业务功能，通常这些类之间有复杂的依赖关系。

外观模式的核心概念

1. 简化接口：外观模式将复杂的子系统接口封装在一个简单的外观类中，用户只需要与这个外观类交互，而不必直接使用复杂的子系统接口。

2. 降低耦合度：通过引入外观类，外部代码与复杂的子系统解耦，从而减少系统间的依赖关系。

3. 提高可维护性：因为外观模式提供了简化的接口，所以修改子系统的实现不会直接影响到使用外观类的代码，系统的维护和扩展变得更加方便。

二、外观模式的应用场景

1. 简化复杂系统的接口

当一个系统由多个子系统组成，每个子系统有自己的接口和功能时，外观模式可以提供一个统一的接口，简化系统的使用。例如：

• 家庭影院系统：如前面所述，通过外观模式，可以将电视、音响、DVD播放器等设备的操作封装在一个简单的接口中，使得用户可以更轻松地控制整个家庭影院系统。

• 图形库：图形库可能提供复杂的图形绘制功能，通过外观模式，可以将这些功能封装成一个简单的接口，方便应用程序的调用。

2. 减少系统间的耦合

外观模式通过引入外观类，使得系统的不同部分之间的耦合度降低。这样，即使子系统发生变化，外部代码也不会受到影响。例如：

• 第三方库的集成：当集成第三方库时，外观模式可以封装这些库的复杂接口，使得应用程序只需与外观类交互，而不必处理第三方库的细节。

3. 提升代码的可维护性

外观模式有助于将复杂的子系统封装在一个单一的外观类中，从而提高代码的可维护性和可读性。例如：

• 配置管理：当系统需要处理多个配置模块时，可以使用外观模式将这些模块封装在一个统一的配置管理类中，简化配置的管理和使用。

4. 构建高层接口

在构建一个大型应用程序时，外观模式可以用来提供高层接口，使得不同层次的功能可以更清晰地进行组织和调用。例如：

• Web应用程序：在Web应用程序中，外观模式可以用来封装不同的服务，如用户管理、订单处理等，为控制器提供简洁的接口。

5. 提升系统的扩展性

通过引入外观类，可以在不修改现有代码的情况下扩展系统。例如：

• 插件系统：在插件架构中，外观模式可以用来提供统一的插件接口，使得在添加或修改插件时，不必更改核心系统的实现。

6. 简化测试

在进行单元测试时，外观模式可以帮助创建一个简单的测试接口，从而简化测试的编写和维护。例如：

• 测试复杂的业务流程：使用外观模式将复杂的业务流程封装在一个测试接口中，可以更方便地测试整个流程的正确性。

7. 过渡旧系统

在将旧系统迁移到新系统时，可以使用外观模式提供一个兼容的接口，使得新系统可以与旧系统进行交互，而不必修改旧系统的实现。例如：

• 迁移到新的数据存储解决方案：在迁移数据库时，外观模式可以用来封装旧数据库的接口，使得应用程序可以继续正常工作，直到新数据库的迁移完成。

三、外观模式的设计方法

假设我们有一个复杂的家庭影院系统，包括电视、音响和DVD播放器、APP、CCTV。我们希望通过一个简单的接口来控制这个系统，而不必直接操作每个子系统。

facade.cpp

#include <iostream>
#include <string>

// 子系统
class TV {
public:
    void turnOn() { std::cout << "TV is now ON\n"; }
    void turnOff() { std::cout << "TV is now OFF\n"; }
};

class SoundSystem {
public:
    void turnOn() { std::cout << "Dolby Atmos Sound System is now ON\n"; }
    void turnOff() { std::cout << "Sound System is now OFF\n"; }
};

class DVDPlayer {
public:
    void turnOn() { std::cout << "DVD Player is now ON\n"; }
    void turnOff() { std::cout << "DVD Player is now OFF\n"; }
};

class TencentAPP {
public:
    void turnOn() { std::cout << "Tencent APP is now ON\n"; }
    void turnOff() { std::cout << "Tencent APP is now OFF\n"; }
};

class CCTV {
public:
    void turnOn() { std::cout << "CCTV is now ON\n"; }
    void turnOff() { std::cout << "CCTV is now OFF\n"; }
};

// 家庭影音
class HomeTheaterFacade {
public:
    HomeTheaterFacade(TV* tv, SoundSystem* soundSystem, TencentAPP* tencentAPP, CCTV* cctv)
        : tv_(tv), soundSystem_(soundSystem), tencentAPP_(tencentAPP), cctv_(cctv) {}

    void watchMovie() {
        std::cout << "Get ready to watch a movie...\n";
        tv_->turnOn();
        soundSystem_->turnOn();
        tencentAPP_->turnOn();
        cctv_->turnOn();
    }

    void endMovie() {
        std::cout << "Shutting down movie setup...\n";
        cctv_->turnOff();
        tencentAPP_->turnOff();
        soundSystem_->turnOff();
        tv_->turnOff();
    }

private:
    TV* tv_;
    SoundSystem* soundSystem_;
    TencentAPP* tencentAPP_;
    CCTV* cctv_;
};

// 电影院
class CinemaFacade {
public:
    CinemaFacade(TV* tv, SoundSystem* soundSystem, DVDPlayer* dvdPlayer)
        : tv_(tv), soundSystem_(soundSystem), dvdPlayer_(dvdPlayer) {}

    void watchMovie() {
        std::cout << "Get ready to watch a movie...\n";
        tv_->turnOn();
        soundSystem_->turnOn();
        dvdPlayer_->turnOn();
    }

    void endMovie() {
        std::cout << "Shutting down movie setup...\n";
        dvdPlayer_->turnOff();
        soundSystem_->turnOff();
        tv_->turnOff();
    }

private:
    TV* tv_;
    SoundSystem* soundSystem_;
    DVDPlayer* dvdPlayer_;
};

// 使用外观类
void doWorking(const int type) {
    if(type == 1) {
        TV tv;
        SoundSystem soundSystem;
        TencentAPP tencentAPP;
        CCTV cctv;

        HomeTheaterFacade homeTheater(&tv, &soundSystem, &tencentAPP, &cctv);
        homeTheater.watchMovie();  // 开始看电影
        homeTheater.endMovie();    // 结束电影
    }
    else if(type == 2) {
        TV tv;
        SoundSystem soundSystem;
        DVDPlayer dvdPlayer;

        CinemaFacade cinema(&tv, &soundSystem, &dvdPlayer);
        cinema.watchMovie();  // 开始看电影
        cinema.endMovie();    // 结束电影
    }
}

int main() {
    int type;
    std::cout << "Please select the Viewing mode: 家庭影音(1) or 电影院(2): ";
    std::cin >> type;
    doWorking(type);
    return 0;
}

运行效果

四、总结

外观模式的应用可以使看起来复杂的外观简化，使得系统看起来更加直观和方便。

外观模式的缺点

1. 可能引入过度封装：外观类可能会过度封装，导致子系统的某些功能无法被直接访问。
2. 不适用于所有场景：对于需要高度定制的场景，外观模式可能不适用，因为它提供的是统一的接口，可能无法满足所有特定需求。

外观模式的优点

1. 简化代码：通过提供统一的接口，简化了复杂系统的使用。
2. 降低耦合：外部代码不需要直接依赖于复杂的子系统。
3. 提高灵活性：修改或扩展子系统的实现不会影响到使用外观类的代码。