23种设计模式-桥接模式

模式定义

桥接模式（Bridge Pattern）是一种结构型设计模式，其核心是通过将抽象与实现分离，使两者可以独立扩展和变化。该模式通过组合替代继承，有效解决多维变化场景下的类爆炸问题，尤其适用于数控系统中硬件控制与软件逻辑解耦的场景。

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模式结构

抽象部分（Abstraction）

定义高层的控制逻辑（如机床操作），并持有实现部分的引用。 扩展抽象（Refined Abstraction）对抽象部分的扩展（如铣床、车床等具体机床类型）。 实现接口（Implementor）定义底层操作的接口（如控制器指令执行）。 具体实现（Concrete Implementor）实现接口的具体类（如西门子、发那科控制器）。

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适用场景

数控系统开发：硬件控制器（如运动控制卡）与软件逻辑（如G代码解析）解耦。 跨平台支持：同一功能在不同控制器品牌上的差异化实现。 多维变化：如机床类型（铣床/车床）与控制协议（Modbus/EtherCAT）独立扩展。

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C++示例（数控系统场景）

场景说明： 数控机床需要支持多种类型（铣床、车床）和不同品牌的控制器（西门子、发那科）。使用桥接模式分离机床操作与底层控制逻辑。

#include #include // 实现接口：控制器协议 class Controller { public: virtual ~Controller() = default; virtual void moveTo(float x, float y) = 0; virtual void startSpindle() = 0; }; // 具体实现：西门子控制器 class SiemensController : public Controller { public: void moveTo(float x, float y) override { std::cout << "[西门子] 运动到坐标(" << x << ", " << y << ")\n"; } void startSpindle() override { std::cout << "[西门子] 主轴启动，转速2000rpm\n"; } }; // 具体实现：发那科控制器 class FanucController : public Controller { public: void moveTo(float x, float y) override { std::cout << "[发那科] 移动到坐标(" << x << ", " << y << ")\n"; } void startSpindle() override { std::cout << "[发那科] 主轴启动，转速1500rpm\n"; } }; // 抽象部分：数控机床 class Machine { protected: std::unique_ptr controller; public: Machine(std::unique_ptr ctrl) : controller(std::move(ctrl)) {} virtual void processPart() = 0; virtual ~Machine() = default; }; // 扩展抽象：铣床 class MillingMachine : public Machine { public: using Machine::Machine; // 继承构造函数 void processPart() override { controller->startSpindle(); controller->moveTo(10.5, 20.3); std::cout << "铣削加工中...\n"; } }; // 扩展抽象：车床 class LatheMachine : public Machine { public: using Machine::Machine; void processPart() override { controller->startSpindle(); controller->moveTo(5.0, 0); std::cout << "车削加工中...\n"; } }; // 客户端使用 int main() { // 西门子控制铣床 auto siemensMill = std::make_unique( std::make_unique() ); siemensMill->processPart(); // 发那科控制车床 auto fanucLathe = std::make_unique( std::make_unique() ); fanucLathe->processPart(); return 0; }

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输出结果

[西门子] 主轴启动，转速2000rpm [西门子] 运动到坐标(10.5, 20.3) 铣削加工中... [发那科] 主轴启动，转速1500rpm [发那科] 移动到坐标(5, 0) 车削加工中...

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优势分析

解耦硬件与软件：新增控制器品牌（如三菱）只需扩展Controller，无需修改机床类。 灵活组合：铣床可自由切换西门子/发那科控制器，运行时动态绑定。 避免类爆炸：若使用继承，M种机床×N种控制器需M×N个类；桥接模式仅需M+N个类。