Мост (шаблон проектирования)

У этого термина существуют и другие значения, см. Мост (значения).

Шаблон проектирования

Мост
Bridge
Тип:	структурный
Описан в Design Patterns	Да

Bridge, Мост — шаблон проектирования, используемый в проектировании программного обеспечения чтобы «разделять абстракцию и реализацию так, чтобы они могли изменяться независимо». Шаблон bridge (от англ. — мост) использует инкапсуляцию, агрегирование и может использовать наследование для того, чтобы разделить ответственность между классами.

Цель

При частом изменении класса преимущества объектно-ориентированного подхода становятся очень полезными, позволяя делать изменения в программе, обладая минимальными сведениями о реализации программы. Шаблон bridge является полезным там, где часто меняется не только сам класс, но и то, что он делает.

Описание

Когда абстракция и реализация разделены, они могут изменяться независимо. Другими словами, при реализации через паттерн мост, изменение структуры интерфейса не мешает изменению структуры реализации. Рассмотрим такую абстракцию как фигура. Существует множество типов фигур, каждая со своими свойствами и методами. Однако есть что-то, что объединяет все фигуры. Например, каждая фигура должна уметь рисовать себя, масштабироваться и т. п. В то же время рисование графики может отличаться в зависимости от типа ОС, или графической библиотеки. Фигуры должны иметь возможность рисовать себя в различных графических средах, но реализовывать в каждой фигуре все способы рисования или модифицировать фигуру каждый раз при изменении способа рисования непрактично. В этом случае помогает шаблон bridge, позволяя создавать новые классы, которые будут реализовывать рисование в различных графических средах. При использовании такого подхода очень легко можно добавлять как новые фигуры, так и способы их рисования.

Связь, изображаемая стрелкой на диаграммах, может иметь 2 смысла: а) "разновидность", в соответствии с принципом подстановки Б. Лисков и б) одна из возможных реализаций абстракции. Обычно в языках используется наследование для реализации как а), так и б), что приводит к разбуханию иерархий классов.

Мост служит именно для решения этой проблемы: объекты создаются парами из объекта класса иерархии А и иерархии B, наследование внутри иерархии А имеет смысл "разновидность" по Лисков, а для понятия "реализация абстракции" используется ссылка из объекта A в парный ему объект B.

Использование

Архитектура Java AWT полностью основана на этом паттерне - иерархия java.awt.xxx для хэндлов и sun.awt.xxx для реализаций.

Примеры

Пример на Java

Исходный текст на языке Java

package com.designpatterns.bridge;
 
/* Файл Drawer.java
 * 
 * */
 
public interface Drawer {
 
        public void drawCircle(int x, int y, int radius);
 
}
 
package com.designpatterns.bridge;
 
/* Файл SmallCircleDrawer.java
 * 
 * */
 
public class SmallCircleDrawer implements Drawer{
 
        public static final double radiusMultiplier = 0.25;
 
        @Override
        public void drawCircle(int x, int y, int radius) {
                System.out.println("Small circle center = " + x + "," + y + " radius = " + radius*radiusMultiplier);
        }
 
}
 
package com.designpatterns.bridge;
 
/* Файл LargeCircleDrawer.java
 * 
 * */
 
public class LargeCircleDrawer implements Drawer{
 
        public static final int radiusMultiplier = 10;
 
        @Override
        public void drawCircle(int x, int y, int radius) {
                System.out.println("Large circle center = " + x + "," + y + " radius = " + radius*radiusMultiplier);
        }
 
}
 
package com.designpatterns.bridge;
 
/* Файл Shape.java
 * 
 * */
 
public abstract class Shape {
 
        protected Drawer drawer;
 
        protected Shape(Drawer drawer){
                this.drawer = drawer;
        }
 
        public abstract void draw();
 
        public abstract void enlargeRadius(int multiplier);
 
}
 
package com.designpatterns.bridge;
 
/* Файл Circle.java
 * 
 * */
 
public class Circle extends Shape{
 
        private int x;
 
        private int y;
 
        private int radius;
 
        public Circle(int x, int y, int radius, Drawer drawer) {
                super(drawer);
                setX(x);
                setY(y);
                setRadius(radius);
        }
 
        @Override
        public void draw() {
                drawer.drawCircle(x, y, radius);
        }
 
        @Override
        public void enlargeRadius(int multiplier) {
                radius *= multiplier;
        }
 
        public int getX() {
                return x;
        }
 
        public int getY() {
                return y;
        }
 
        public int getRadius() {
                return radius;
        }
 
        public void setX(int x) {
                this.x = x;
        }
 
        public void setY(int y) {
                this.y = y;
        }
 
        public void setRadius(int radius) {
                this.radius = radius;
        }
 
}
 
package com.designpatterns.bridge;
 
/* Класс, показывающий работу шаблона проектирования "Мост".
 * Файл Application.java
 * 
 * */
 
public class Application {
 
        public static void main (String [] args){
                Shape [] shapes = {
                                new Circle(5,10,10, new LargeCircleDrawer()), 
                                new Circle(20,30,100, new SmallCircleDrawer())};
 
                for (Shape next : shapes){
                        next.draw();
                }
        }
 
}
// Output
Large circle center = 5,10 radius = 100
Small circle center = 20,30 radius = 25.0

Пример на C#

Исходный текст на языке C#

using System;
 
namespace Bridge
{
 
  // MainApp test application
 
  class MainApp
  {
    static void Main()
    {
      Abstraction ab = new RefinedAbstraction();
 
      // Set implementation and call
      ab.Implementor = new ConcreteImplementorA();
      ab.Operation();
 
      // Change implementation and call
      ab.Implementor = new ConcreteImplementorB();
      ab.Operation();
 
      // Wait for user
      Console.Read();
    }
  }
 
  /// <summary>
  /// Abstraction - абстракция
  /// </summary>
  /// <remarks>
  /// <li>
  /// <lu>определяем интерфейс абстракции;</lu>
  /// <lu>хранит ссылку на объект <see cref="Implementor"/></lu>
  /// </li>
  /// </remarks>
  class Abstraction
  {
    protected Implementor implementor;
 
    // Property
    public Implementor Implementor
    {
      get{ return implementor; }
      set{ implementor = value; }
    }
 
    public virtual void Operation()
    {
      implementor.Operation();
    }
  }
 
  /// <summary>
  /// Implementor - реализатор
  /// </summary>
  /// <remarks>
  /// <li>
  /// <lu>определяет интерфейс для классов реализации. Он не обязан точно
  /// соотведствовать интерфейсу класса <see cref="Abstraction"/>. На самом деле оба
  /// интерфейса могут быть совершенно различны. Обычно интерфейс класса
  /// <see cref="Implementor"/> представляет только примитивные операции, а класс
  /// <see cref="Abstraction"/> определяет операции более высокого уровня, 
  /// базирующиеся на этих примитивах;</lu>
  /// </li>
  /// </remarks>
  abstract class Implementor
  {
    public abstract void Operation();
  }
 
  /// <summary>
  /// RefinedAbstraction - уточненная абстракция
  /// </summary>
  /// <remarks>
  /// <li>
  /// <lu>расширяет интерфейс, определенный абстракцией <see cref="Abstraction"/></lu>
  /// </li>
  /// </remarks>
  class RefinedAbstraction : Abstraction
  {
    public override void Operation()
    {
      implementor.Operation();
    }
  }
 
  /// <summary>
  /// ConcreteImplementor - конкретный реализатор
  /// </summary>
  /// <remarks>
  /// <li>
  /// <lu>содержит конкретную реализацию интерфейса <see cref="Implementor"/></lu>
  /// </li>
  /// </remarks>
  class ConcreteImplementorA : Implementor
  {
    public override void Operation()
    {
      Console.WriteLine("ConcreteImplementorA Operation");
    }
  }
 
  // "ConcreteImplementorB"
 
  class ConcreteImplementorB : Implementor
  {
    public override void Operation()
    {
      Console.WriteLine("ConcreteImplementorB Operation");
    }
  }
}

Пример на PHP5

Исходный текст на языке PHP5

interface IDrawer
{
        public function drawCircle($x, $y, $radius);
}
 
class SmallCircleDrawer implements IDrawer
{
        const RADIUS_MULTIPLIER = 0.25;
 
        public function drawCircle($x, $y, $radius)
        {
                echo 'Small circle center = ( '.$x.', '.$y.' ) radius = '.($radius * self::RADIUS_MULTIPLIER).'<br>';
        }
}
 
class LargeCircleDrawer implements IDrawer
{
        const RADIUS_MULTIPLIER = 10;
 
        public function drawCircle($x, $y, $radius)
        {
                echo 'Large circle center = ( '.$x.', '.$y.' ) radius = '.($radius * self::RADIUS_MULTIPLIER).'<br>';
        }
}
 
abstract class Shape
{
        protected $drawer;
 
        protected function __construct(IDrawer $drawer)
        {
                $this->drawer = $drawer;
        }
 
        abstract public function draw();
        abstract public function enlargeRadius($multiplier);
}
 
class Circle extends Shape
{
        private $x;
        private $y;
        private $radius;
 
        public function __construct($x, $y, $radius, IDrawer $drawer)
        {
                parent::__construct($drawer);
                $this->x = $x;
                $this->y = $y;
                $this->radius = $radius;
        }
 
        public function draw()
        {
                $this->drawer->drawCircle($this->x, $this->y, $this->radius);
        }
 
        public function enlargeRadius($multiplier)
        {
                $this->radius *= $multiplier;
        }
}
 
$circle = new Circle(5, 10, 10, new LargeCircleDrawer());
$circle->draw();        // Large circle center = ( 5, 10 ) radius = 100
$circle = new Circle(20, 30, 100, new SmallCircleDrawer());
$circle->draw();        // Small circle center = ( 20, 30 ) radius = 25

Пример на CoffeeScript

Исходный текст на языке CoffeeScript

# Implementor
class IStorage
        get   : (key) ->
        set   : (key, value) ->
 
# ConcreteImplementor
class IFlashStorage extends IStorage
        # ...
 
# ConcreteImplementor
class IJavaStorage extends IStorage
        # ...
 
# ConcreteImplementor
class ISessionStorage extends IStorage
        # ...
 
# ConcreteImplementor
class ICookieStorage extends IStorage
        # ...
 
# ConcreteImplementor
class IGhostStorage extends IStorage
        # ...
 
# Abstraction
class AStorage
        # protected
        _implementer : 
                if sessionStorage
                        new ISessionStorage
                else if navigator.plugins["Shockwave Flash"]
                        new IFlashStorage
                else if navigator.javaEnabled()
                        new IJavaStorage
                else if navigator.cookieEnabled
                        new ICookieStorage
                else new IGhostStorage
 
        # public
        load   : (key) ->
        forgot : (key) ->
        save   : (key, value) ->
 
# RefinedAbstraction
class InfoStorage extends AStorage
        load : (key) ->
                @_implementer.get("Info:#{key}")
 
        save : (key, value) ->
                @_implementer.set("Info:#{key}", value)
 
        forgot : (key) ->
                @_implementer.set("Info:#{key}", null)

Пример JavaScript

Исходный текст на языке JavaScript

// Implementor ("интерфейс")
function Implementor() {
        this.operation = function() {};
}
 
// ConcreteImplementor (реализация Implementor)
function ConcreteImplementorA() {
        this.operation = function() {
                alert("ConcreteImplementorA.operation");
        };
}
ConcreteImplementorA.prototype = new Implementor();
ConcreteImplementorA.prototype.constructor = ConcreteImplementorA;
 
function ConcreteImplementorB() {
        this.operation = function() {
                alert("ConcreteImplementorB.operation");
        };
}
ConcreteImplementorB.prototype = new Implementor();
ConcreteImplementorB.prototype.constructor = ConcreteImplementorB;
 
// Abstraction
function Abstraction() {
        var implementor;
 
        this.getImplementor = function() {
                // доступ к implementor'у из RefinedAbstraction 
                return implementor;
        };
        this.setImplementor = function(val) {
                implementor = val;
        };
        this.operation = function() {
                implementor.operation();
        };
}
 
// RefinedAbstraction
function RefinedAbstraction() {
        var abstr = new Abstraction();
 
        this.setImplementor = function(val) {
                abstr.setImplementor(val);
        };
        this.operation = function() {
                abstr.operation();
        };
}
 
// использование:
var refAbstr = new RefinedAbstraction();
refAbstr.setImplementor( new ConcreteImplementorA() );
refAbstr.operation(); // "ConcreteImplementorA.operation"
 
refAbstr.setImplementor( new ConcreteImplementorB() );
refAbstr.operation(); // "ConcreteImplementorB.operation"

Без необходимости перегрузки методов Abstraction, можно значительно упростить RefinedAbstraction:

function RefinedAbstraction() {
        Abstraction.call(this);
}

Так же можно сохранить ссылки на перегружаемые методы сразу после инстанцирования Abstraction:

function RefinedAbstraction() {
        Abstraction.call(this);
        var abstr_setImplementor = this.setImplementor;
 
        this.setImplementor = function(val) {
                abstr_setImplementor(val);
        };
}

Пример на VB.NET

Исходный текст на языке VB.NET

Namespace Bridge
 
    ' Program - Тестовое приложение
    Class Program
        Shared Sub Main()
            Dim AB As Abstraction = New RefinedAbstraction()
 
            ' Установить реализацию и вызвать
            AB.Implementor = New ConcreteImplementorA()
            AB.Operation()
 
            ' Установить реализацию и вызвать
            AB.Implementor = New ConcreteImplementorB()
            AB.Operation()
 
            ' Ожидать действия пользователя
            Console.Read()
        End Sub
    End Class
 
    ''' <summary>
    ''' Abstraction - абстракция
    ''' </summary>
    ''' <remarks>
    ''' <li>
    ''' <lu>определяем интерфейс абстракции;</lu>
    ''' <lu>хранит ссылку на объект <see cref="Implementor"/></lu>
    ''' </li>
    ''' </remarks>
    Class Abstraction
        Protected m_implementor As Implementor
 
        ' Свойство
        Public Property Implementor() As Implementor
            Get
                Return m_implementor
            End Get
 
            Set(ByVal value As Implementor)
                m_implementor = value
            End Set
        End Property
 
        Public Overridable Sub Operation()
            m_implementor.Operation()
        End Sub
    End Class
 
    ''' <summary>
    ''' Implementor - реализатор
    ''' </summary>
    ''' <remarks>
    ''' <li>
    ''' <lu>определяет интерфейс для классов реализации. Он не обязан точно
    ''' соотведствовать интерфейсу класса <see cref="Abstraction"/>. На самом деле оба
    ''' интерфейса могут быть совершенно различны. Обычно интерфейс класса
    ''' <see cref="Implementor"/> представляет только примитивные операции, а класс
    ''' <see cref="Abstraction"/> определяет операции более высокого уровня, 
    ''' базирующиеся на этих примитивах;</lu>
    ''' </li>
    ''' </remarks>
    MustInherit Class Implementor
        Public MustOverride Sub Operation()
    End Class
 
    ''' <summary>
    ''' RefinedAbstraction - уточненная абстракция
    ''' </summary>
    ''' <remarks>
    ''' <li>
    ''' <lu>расширяет интерфейс, определенный абстракцией <see cref="Abstraction"/></lu>
    ''' </li>
    ''' </remarks>
    Class RefinedAbstraction
        Inherits Abstraction
 
        Public Overrides Sub Operation()
            implementor.Operation()
        End Sub
    End Class
 
    ''' <summary>
    ''' ConcreteImplementor - конкретный реализатор
    ''' </summary>
    ''' <remarks>
    ''' <li>
    ''' <lu>содержит конкретную реализацию интерфейса <see cref="Implementor"/></lu>
    ''' </li>
    ''' </remarks>
    Class ConcreteImplementorA
        Inherits Implementor
 
        Public Overrides Sub Operation()
            Console.WriteLine("ConcreteImplementorA Operation")
        End Sub
    End Class
 
    ' "ConcreteImplementorB"
    Class ConcreteImplementorB
        Inherits Implementor
 
        Public Overrides Sub Operation()
            Console.WriteLine("ConcreteImplementorB Operation")
        End Sub
    End Class
End Namespace

Литература

• Э. Гамма, Р. Хелм, Р. Джонсон, Дж. Влиссидес Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования = Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software. — СПб: «Питер», 2007. — С. 366. — ISBN 978-5-469-01136-1 (также ISBN 5-272-00355-1)

Ссылки

• Паттерн Bridge (Мост) — назначение, описание, реализация (С++) и результаты применения