外观模式

1.动机

• 我们在使用visual studio进行编译C++代码时，你只是在菜单中选择了Build，然后visual studio就开始了一堆的编译工作；你应该知道，因为你的一个简单的Build动作，编译器在后台会进行语法分析，生成中间代码，生成汇编代码，链接成可执行程序或库等等动作；而这一切，作为只是开发程序的我们，而不用去理解编译器在做什么的，编译器向我们隐藏了背后的一系列复杂操作，而只提供一个Build按钮，这个Build按钮，就可以执行一切的操作；当单击这个Build按钮时，Build在幕后，将任务分发给不同的子系统去完成，最终子系统进行协作完成了整个的编译任务。

而这样隐藏一些复杂操作，只提供一个更高层的统一接口，就是外观模式。

2.定义

• 外观模式(Facade Pattern)：外部与一个子系统的通信必须通过一个统一的外观对象进行，为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，外观模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。外观模式又称为门面模式，它是一种对象结构型模式。

• 正如上述举的例子：子系统中的一组接口，就好比上面举得例子中的语法分析，生成中间代码，生成汇编代码，链接成可执行程序或库；外观模式定义的一个高层接口，就好比上面说的Build按钮，通过这样的一个Build按钮，让编译器更加容易使用，对于这一点，从Linux C++/C转Windows C++/C的程序员是最有体会的。visual studio提供的强大功能，只需要一个Build按钮，就可以进行Build动作，而不需要去写makefile文件，然后再去执行一些命令进行编译。

3.结构

• Facade:知道哪些子系统类负责处理请求，并且将客户的请求代理给适当的子系统对象；

• SubSystem:实现子系统具体的功能；处理由Facade对象指派的任务；但是，SubSystem没有Facade的任何相关信息，也就是说，没有指向Facade的指针。

• Client通过发送请求给Facade的方式与子系统进行通信，而不直接与子系统打交道，Facade将这些消息转发给适当的子系统对象。

4.代码实现

#include <iostream>
using namespace std;

// 语法分析子系统
class CSyntaxParser
{
public:
     void SyntaxParser()
     {
          cout<<"Syntax Parser"<<endl;
     }
};

// 生成中间代码子系统
class CGenMidCode
{
public:
     void GenMidCode()
     {
          cout<<"Generate middle code"<<endl;
     }
};

// 生成汇编代码子系统
class CGenAssemblyCode
{
public:
     void GenAssemblyCode()
     {
          cout<<"Generate assembly code"<<endl;
     }
};

// 链接生成可执行应用程序或库子系统
class CLinkSystem
{
public:
     void LinkSystem()
     {
          cout<<"Link System"<<endl;
     }
};

class Facade
{
public:
     void Compile()
     {
          CSyntaxParser syntaxParser;
          CGenMidCode genMidCode;
          CGenAssemblyCode genAssemblyCode;
          CLinkSystem linkSystem;
          syntaxParser.SyntaxParser();
          genMidCode.GenMidCode();
          genAssemblyCode.GenAssemblyCode();
          linkSystem.LinkSystem();
     }
};

// 客户端
int main()
{
     Facade facade;
     facade.Compile();
}

5.模式分析

• 根据“单一职责原则”，在软件中将一个系统划分为若干个子系统有利于降低整个系统的复杂性，一个常见的设计目标是使子系统间的通信和相互依赖关系达到最小，而达到该目标的途径之一就是引入一个外观对象，它为子系统的访问提供了一个简单而单一的入口。

• 外观模式也是“迪米特法则”的体现，通过引入一个新的外观类可以降低原有系统的复杂度，同时降低客户类与子系统类的耦合度。

• 外观模式要求一个子系统的外部与其内部的通信通过一个统一的外观对象进行，外观类将客户端与子系统的内部复杂性分隔开，使得客户端只需要与外观对象打交道，而不需要与子系统内部的很多对象打交道。

• 外观模式的目的在于降低系统的复杂程度。

• 外观模式从很大程度上提高了客户端使用的便捷性，使得客户端无须关心子系统的工作细节，通过外观角色即可调用相关功能。

6.优点

• 对客户屏蔽子系统组件，减少了客户处理的对象数目并使得子系统使用起来更加容易。通过引入外观模式，客户代码将变得很简单，与之关联的对象也很少。

• 实现了子系统与客户之间的松耦合关系，这使得子系统的组件变化不会影响到调用它的客户类，只需要调整外观类即可。

• 降低了大型软件系统中的编译依赖性，并简化了系统在不同平台之间的移植过程，因为编译一个子系统一般不需要编译所有其他的子系统。一个子系统的修改对其他子系统没有任何影响，而且子系统内部变化也不会影响到外观对象。

• 只是提供了一个访问子系统的统一入口，并不影响用户直接使用子系统类。

7.缺点

• 不能很好地限制客户使用子系统类，如果对客户访问子系统类做太多的限制则减少了可变性和灵活性。

• 在不引入抽象外观类的情况下，增加新的子系统可能需要修改外观类或客户端的源代码，违背了“开闭原则”。

8.适用场景

• 当你要为一个复杂子系统提供一个简单接口时。子系统往往因为不断演化而变的越来越复杂。大多数模式使用时都会产生更多更小的类。这使得子系统更具有可重用性，也更容易对子系统进行定制，但这也给那些不需要定制子系统的用户带来一些使用上的困难。外观模式可以提供一个简单的缺省视图，这一视图对大多数用户来说已经足够，而那些需要更多的可定制性的用户可以越过Facade层；

• 当客户程序与抽象类的实现部分之间存在很大的依赖性。引入Facade将这个子系统与客户以及其他的子系统分离，可以提高子系统的独立性和可移植性；

• 当需要构建一个层次结构的子系统时，使用外观模式定义子系统中每层的入口点。如果子系统之间是相互依赖的，我们就可以让它们仅通过Facade进行通讯，从而简化了它们之间的依赖关系。

9.模式扩展

一个系统有多个外观类

• 在外观模式中，通常只需要一个外观类，并且此外观类只有一个实例，换言之它是一个单例类。在很多情况下为了节约系统资源，一般将外观类设计为单例类。当然这并不意味着在整个系统里只能有一个外观类，在一个系统中可以设计多个外观类，每个外观类都负责和一些特定的子系统交互，向用户提供相应的业务功能。

不要试图通过外观类为子系统增加新行为

• 不要通过继承一个外观类在子系统中加入新的行为，这种做法是错误的。外观模式的用意是为子系统提供一个集中化和简化的沟通渠道，而不是向子系统加入新的行为，新的行为的增加应该通过修改原有子系统类或增加新的子系统类来实现，不能通过外观类来实现。

外观模式与迪米特法则

• 外观模式创造出一个外观对象，将客户端所涉及的属于一个子系统的协作伙伴的数量减到最少，使得客户端与子系统内部的对象的相互作用被外观对象所取代。外观类充当了客户类与子系统类之间的“第三者”，降低了客户类与子系统类之间的耦合度，外观模式就是实现代码重构以便达到“迪米特法则”要求的一个强有力的武器。

抽象外观类的引入

• 外观模式最大的缺点在于违背了“开闭原则”，当增加新的子系统或者移除子系统时需要修改外观类，可以通过引入抽象外观类在一定程度上解决该问题，客户端针对抽象外观类进行编程。对于新的业务需求，不修改原有外观类，而对应增加一个新的具体外观类，由新的具体外观类来关联新的子系统对象，同时通过修改配置文件来达到不修改源代码并更换外观类的目的。

10.总结

• 在设计初期，应该有意识的将不同层分离，比如常用的三层架构，就是考虑在数据访问层，与业务逻辑层，表示层之间，建立Facade，使复杂的子系统提供一个简单的接口，降低耦合性；

• 在开发阶段，子系统往往因为不断的重构而变的越来越复杂，增加外观Facade可以提供一个简单的接口，减少它们之间的依赖；

• 在维护阶段，可能这个系统已经非常难以维护和扩展了，此时你可以为新系统开发一个外观类，来提供设计粗糙或高度复杂的遗留代码的比较清晰简单的接口，让新系统与Facade对象交互，Facade与遗留代码交互所有复杂的工作。

11.区分 Facade模式和Adapter模式， Bridge模式和Decorator模式

• Facade模式注重简化接口

• Adapter模式注重转换接口

• Bridge模式注重分离接口（抽象）与其实现

• Decorator模式注重稳定接口的前提下为对象扩展功能