结构型模式之适配器模式

模式定义

  适配器模式(Adapter Pattern) :将一个接口转换成客户希望的另一个接口,适配器模式使接口不兼容的那些类可以一起工作(将已经写好的接口但是不能直接用,转化为能直接用的接口),其别名为包装器(Wrapper)。适配器模式既可以作为类结构型模式,也可以作为对象结构型模式。

模式动机

  • 在软件开发中采用类似于电源适配器的设计和编码技巧被称为适配器模式。
  • 通常情况下,客户端可以通过目标类的接口访问它所提供的服务。有时,现有的类可以满足客户类的功能需要,但是它所提供的接口不一定是客户类所期望的,这可能是因为现有类中方法名与目标类中定义的方法名不一致等原因所导致的。
  • 在这种情况下,现有的接口需要转化为客户类期望的接口,这样保证了对现有类的重用。如果不进行这样的转化,客户类就不能利用现有类所提供的功能,适配器模式可以完成这样的转化。
  • 在适配器模式中可以定义一个包装类,包装不兼容接口的对象,这个包装类指的就是适配器(Adapter),它所包装的对象就是适配者(Adaptee),即被适配的类。
  • 适配器提供客户类需要的接口,适配器的实现就是把客户类的请求转化为对适配者的相应接口的调用。也就是说:当客户类调用适配器的方法时,在适配器类的内部将调用适配者类的方法,而这个过程对客户类是透明的,客户类并不直接访问适配者类。因此,适配器可以使由于接口不兼容而不能交互的类可以一起工作。这就是适配器模式的模式动机。

相关实例

  1. 大姚 NBA 打篮球:
      姚明刚打 NBA 的时候有个记者问他 “在CBA和NBA最大的区别是什么?”,姚明的回答是 “在NBA我需要翻译,在CBA我不需要“。虽然后期姚明英文水平提升了,但是前期为了和教练、球员沟通,专门给姚明配了个翻译的。
      你看看,开始姚明要在NBA打球,不会英语怎么交流?于是有三个办法。第一,让姚明学会英语,但是刚到NBA,短期内学不会英语的,这段时间怎么沟通?第二,让NBA教练和球员学会中文,这种方法不现实。第三,就是找个翻译,这个翻译就承担了适配器的作用,将姚明听不懂的英文转为听的懂的中文。

  1. 电源适配器
      电气学里,有的国家用的是 110V 电压,我们国家用的是 220V 电压。电力传输的时候可能电压升到几千几万伏。而电脑手机只需要几伏十几伏。于是就可以用一个电源适配器,将任意伏特的电源转为需要的电压,这就是电源适配器的作用。

  1. 程序接口封装
      软件开发设计的时候,特别是在与客户端或外面对接时,常常会发现基础功能都是可以的,但是对接的时候经常会发现参数类型,参数数目等不一致导致对接失败。这时候就可以使用适配器的思想,封装一个接口,将不适合的接口转换成客户端需要的接口。

适配器就是使一个东西功能适合于另一个东西。

模式结构

适配器模式包含如下角色:

  • Target:目标抽象类
  • Adapter:适配器类
  • Adaptee:适配者类
  • Client:客户类

  在 GoF 的设计模式中,对适配器模式讲了两种类型,类适配器与对象适配器,由于类适配器模式通过多重继承对一个接口与另一个接口进行匹配,而 C#VB.NETJAVA 等语言不支持多重继承,所以不支持类适配器,只支持对象适配器。C++ 则两种模式全部支持。

图1:类模式适配器
image.png

图2:对象模式适配器
image.png

代码分析

类模式适配器

   Target 内部 有一个 Request() 代表客户需要一个这样的功能,但是在开发的工程中只提供了 Adaptee里面的 SpecificRequest() 功能,为了满足客户需求,添加一个 Adapter 类,继承 Target 后添加一系列的代码操作实现其中的功能。

//类模式,适配器类,通过 public 继承获得接口继承的效果,通过 private 继承获得实现继承的效果
class Target {  //客户需要的接口
public:
	virtual void Request() {
		cout << "Target::Request()" << endl;
	}
};

class Adaptee {  //已经写好的接口
public:
	void SpecificRequest() {
		cout << "Adaptee::SpecificRequest()" << endl;
	}
};
class Adapter :public Target, private Adaptee {  //通过适配器,将客户的需要和已经产生的接口进行适配。
public:
	virtual void Request() {	//实现Target定义的Request接口
		cout << "Adapter::Request()" << endl;
		this->SpecificRequest();
		cout << "----------------------------" << endl;
	}
};

void test1() {
	Target *target = new Adapter;
	target->Request();
}

对象模式适配器

//对象模式,适配器类,继承Target类,采用组合的方式实现Adaptee的复用

/*Target(这是客户所期待的接口,目标可以是具体或抽象的类,也可以是接口)*/
class Target {
public:
	virtual void Request() {
		cout << "Target::Request()" << endl;
	}
};

/*Adaptee(需要适配的类)*/
class Adaptee {
public:
	void SpecificRequest() {
		cout << "Adaptee::SpecificRequest()" << endl;
	}
};

/*Adapter1(通过在内部包装一个Adaptee对象,把源接口转化为目标接口)*/
class Adapter1:public Target {
public:
	Adapter1() { this->adapte = new Adaptee; }
	Adapter1(Adaptee* adapte) { this->adapte = adapte; }

/*这样就可以把表面上调用Request()的方法变成实际调用SpecialRequest()*/
	virtual void Request() {
		cout << "Adapter1::Request()" << endl;
		adapte->SpecificRequest();
		cout << "----------------------------" << endl;
	}

	~Adapter1() {
		delete this->adapte;
		adapte = nullptr;
	}
/*建立一个私有Adaptee对象*/
private:
	Adaptee* adapte;
};

void test2() {
	Target* target = new Adapter1();
	/*对客户端而言,调用的就是Target的Request()*/
	target->Request();
	delete target;
}

具体举例如下:
  C++ STL库中提供了一个 for_each 算法用于遍历容器,其函数原型如下:

//截取了一段
template <class _InIt, class _Fn>
_CONSTEXPR20 _Fn for_each(_InIt _First, _InIt _Last, _Fn _Func) { // perform function for each element [_First, _Last)
    _Adl_verify_range(_First, _Last);
    auto _UFirst      = _Get_unwrapped(_First);
    const auto _ULast = _Get_unwrapped(_Last);
    for (; _UFirst != _ULast; ++_UFirst) {
        _Func(*_UFirst);
    }

    return _Func;
}

  可以看出, for_each需要三个参数,左右区间的迭代器,以及一个仿函数。for_each会把迭代器的值取出来传进仿函数进行相关操作,但是注意,每次只能传递一个值。但是现在我们想要使用 for_each 去实现把传进去的数字加上一个我们想设定的数字,但是又不能去改变 for_each 的源码,于是就出现了适配器。下面代码我才用了对象适配模式,根据 合成复用法则 优先使用组合。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
//客户想实现一个能够传递两个参数的 for_each 函数

class MyBind {  //待适配的功能
public:
	void operator()(int v1, int v2) {
		cout << v1 + v2 << endl;
	}
};

class Adapter {   //适配器
public:
	Adapter(int v) :pargram(v) {}  //用于设定容器在遍历过程中加上的固定值
	void operator()(int v) { //适配器
		target(v, pargram);
	}
	MyBind target;
	int pargram;
};

Adapter MyBind2(int v) {
	return Adapter(v); //返回一个适配器
}

int main() {
	vector<int> v;
	for (int i = 1; i <= 10; i++)
		v.push_back(i);

	for_each(v.begin(),v.end(), MyBind2(20));
	return 0;
}

适配器模式的优缺点

优点

  1. 将目标类和适配者类解耦,通过引入一个适配器类来重用现有的适配者类,而无须修改原有代码。
  2. 增加了类的透明性和复用性,将具体的实现封装在适配者类中,对于客户端类来说是透明的,而且提高了适配者的复用性。
  3. 灵活性和扩展性都非常好,通过使用配置文件,可以很方便地更换适配器,也可以在不修改原有代码的基础上增加新的适配器类,完全符合“开闭原则”。

类适配器模式还具有如下优点:由于适配器类是适配者类的子类,因此可以在适配器类中置换一些适配者的方法,使得适配器的灵活性更强。

对象适配器模式还具有如下优点:一个对象适配器可以把多个不同的适配者适配到同一个目标,也就是说,同一个适配器可以把适配者类和它的子类都适配到目标接口。

缺点

类适配器模式的缺点如下:
对于Java、C#等不支持多重继承的语言,一次最多只能适配一个适配者类,而且目标抽象类只能为抽象类,不能为具体类,其使用有一定的局限性,不能将一个适配者类和它的子类都适配到目标接口。

对象适配器模式的缺点如下:
与类适配器模式相比,要想置换适配者类的方法就不容易。如果一定要置换掉适配者类的一个或多个方法,就只好先做一个适配者类的子类,将适配者类的方法置换掉,然后再把适配者类的子类当做真正的适配者进行适配,实现过程较为复杂。

适用环境

在以下情况下可以使用适配器模式:

  • 系统需要使用现有的类,而这些类的接口不符合系统的需要。
  • 想要建立一个可以重复使用的类,用于与一些彼此之间没有太大关联的一些类,包括一些可能在将来引进的类一起工作。

  使用适配器其实是个无奈之举,类似与亡羊补牢的感觉。软件开发完后期维护的时候可能因为不同的开发人员、不同的产品、厂家而造成功能类似而接口不同的情况,这时候就是可以使用适配器了

  使用适配器应该在双方都不太容易修改的时候再使用,所以在前期设计的时候应该就避免后期适配器的使用。首先公司内部,类和方法的命名应该有规范,设计统一接口,C++可以考虑函数重载实现不同类型参数、参数数目的调用。

  代码设计的时候能预防接口不同的问题,不匹配的为标题就不会发生;在小的接口不统一的问题发生的时候及时重构,问题不至于扩大;只有碰到无法改变原有设计和代码的情况时,才需要考虑适配器。事后控制不如事中控制,事中控制不如事前控制,如果不论场景而盲目使用就会本末倒置。

总结

  • 结构型模式描述如何将类或者对象结合在一起形成更大的结构。

  • 适配器模式用于将一个接口转换成客户希望的另一个接口,适配器模式使接口不兼容的那些类可以一起工作,其别名为包装器。适配器模式既可以作为类结构型模式,也可以作为对象结构型模式。
    适配器模式包含四个角色:目标抽象类定义客户要用的特定领域的接口;适配器类可以调用另一个接口,作为一个转换器,对适配者和抽象目标类进行适配,它是适配器模式的核心;适配者类是被适配的角色,它定义了一个已经存在的接口,这个接口需要适配;在客户类中针对目标抽象类进行编程,调用在目标抽象类中定义的业务方法。

  • 在类适配器模式中,适配器类实现了目标抽象类接口并继承了适配者类,并在目标抽象类的实现方法中调用所继承的适配者类的方法;在对象适配器模式中,适配器类继承了目标抽象类并定义了一个适配者类的对象实例,在所继承的目标抽象类方法中调用适配者类的相应业务方法。

  • 适配器模式的主要优点是将目标类和适配者类解耦,增加了类的透明性和复用性,同时系统的灵活性和扩展性都非常好,更换适配器或者增加新的适配器都非常方便,符合“开闭原则”;类适配器模式的缺点是适配器类在很多编程语言中不能同时适配多个适配者类,对象适配器模式的缺点是很难置换适配者类的方法。

  • 适配器模式适用情况包括:系统需要使用现有的类,而这些类的接口不符合系统的需要;想要建立一个可以重复使用的类,用于与一些彼此之间没有太大关联的一些类一起工作。

Copyright: 采用 知识共享署名4.0 国际许可协议进行许可

Links: https://neo00.top/archives/结构型模式之适配器模式