C++ 设计模式——适配者模式

适配者模式（Adapter Pattern）是一种结构型设计模式，主要用于解决接口不兼容的问题。其核心思想是通过创建一个适配器类，将一个类的接口转换成客户端所期待的另一种接口。

1. 主要组成成分

• 目标抽象类（Target）：这是客户端所期望的接口，定义了客户端使用的方法。
• 源类（Adaptee）：这是需要被适配的类，拥有某些功能，但其接口与目标接口不兼容。
• 适配器类（Adapter）：适配器类实现目标接口，并持有一个源类的实例。在适配器中，适配器会调用源类的方法，以满足目标接口的要求。
• 客户端（Client）：客户端通过目标接口与适配器进行交互，而不是直接与源类交互。

2. 逐步构建适配者模式

以日志系统为例，逐步构建适配者模式。

2.1 目标抽象类定义

目标抽象类LogToDatabase，包含与日志数据库操作相关的方法：初始化数据库、写入日志、读取日志和关闭数据库。

//目标接口
class LogToDatabase
{
public:virtual void initdb() = 0; //不一定非是纯虚函数virtual void writetodb(const char* pcontent) = 0;virtual void readfromdb() = 0;virtual void closedb() = 0;virtual ~LogToDatabase() {} //做父类时析构函数应该为虚函数
};

2.2 源类实现

定义源类 LogToFile，实现日志文件操作的方法，这些方法与目标接口不兼容，需要通过适配器转换。

//源类
class LogToFile
{
public:void initfile(){//做日志文件初始化工作，比如打开文件等等//......}void writetofile(const char* pcontent){//将日志内容写入文件//......}void readfromfile(){//从日志中读取一些信息//......}void closefile(){//关闭日志文件//......}//......可能还有很多其他成员函数，略
};

2.3 适配器类实现

实现适配器类 LogAdapter，它继承自目标接口 LogToDatabase。构造函数接受 LogToFile 对象的指针，实现目标接口的方法时调用源类的方法。

//适配器类
class LogAdapter :public LogToDatabase
{
public://构造函数LogAdapter(LogToFile* pfile) //形参是老接口所属类的指针{m_pfile = pfile;}virtual void initdb(){cout << "在LogAdapter::initdb()中适配LogToFile::initfile()" << endl;//这其中也可以加任何的其他代码......m_pfile->initfile();}virtual void writetodb(const char* pcontent){cout << "在LogAdapter::writetodb()中适配LogToFile::writetofile()" << endl;m_pfile->writetofile(pcontent);}virtual void readfromdb(){cout << "在LogAdapter::readfromdb()中适配LogToFile::readfromdb()" << endl;m_pfile->readfromfile();}virtual void closedb(){cout << "在LogAdapter::closedb()中适配LogToFile::closedb()" << endl;m_pfile->closefile();}
private:LogToFile* m_pfile;
};

2.4 客户端

在 main 函数中，创建 LogToFile 和 LogAdapter 实例，并通过适配器调用目标接口的方法。

//客户端使用
int main()
{LogToFile* plog = new LogToFile();LogToDatabase* plogdb = new LogAdapter(plog);plogdb->initdb();plogdb->writetodb("向数据库中写入一条日志，实际是向日志文件中写入一条日志");plogdb->readfromdb();plogdb->closedb();delete plogdb;delete plog;return 0;
}

3. 适配者模式 UML 图

适配者模式 UML 图解析

• Target (目标抽象类): 此类定义了客户端期望使用的接口，如 initdb、writetodb、readfromdb、closedb 等。这些接口代表了调用者希望利用的未来接口，并将由客户端直接调用。这里指LogToDatabase 类。
• Adaptee (源类): 这个类扮演被适配的角色，拥有一套已经存在的接口，这些接口与目标接口不兼容需要被适配。适配涉及将调用目标接口的行为转换为对这些已存在接口的调用。在适配者模式中，适配者类可以不止一个，示例中的 LogToFile 类就是这样一个适配者。
• Adapter (适配器类): 适配器类是适配者模式的核心，它连接 Target 和 Adaptee 角色。此类通过包装一个或多个 Adaptee 对象，使得 Adaptee 的接口看起来像是 Target 的接口。适配器类负责将 Target 接口的调用转换为 Adaptee 接口的调用，实现接口的兼容。在给出的例子中，这个角色由 LogAdapter 类实现。

5. 类适配者

除了上面介绍的对象适配器，还有一种实现方式叫做类适配器。类适配器使用多重继承来实现适配，这在C++中是可行的，但在Java等不支持多重继承的语言中就不能使用。以下是类适配器的实现示例：

类适配器与对象适配器的主要区别在于：类适配器通过继承来实现适配，而对象适配器通过组合来实现适配。类适配器可以重写Adaptee的行为，但也会增加耦合度。

//类适配器
class LogAdapter :public LogToDatabase, private LogToFile
{
public:virtual void initdb(){cout << "在LogAdapter::initdb()中适配LogToFile::initfile()" << endl;//这其中也可以加任何的其他代码......initfile();}virtual void writetodb(const char* pcontent){cout << "在LogAdapter::writetodb()中适配LogToFile::writetofile()" << endl;writetofile(pcontent);}virtual void readfromdb(){cout << "在LogAdapter::readfromdb()中适配LogToFile::readfromdb()" << endl;readfromfile();}virtual void closedb(){cout << "在LogAdapter::closedb()中适配LogToFile::closedb()" << endl;closefile();}
};
// 客户端
int main()
{LogToDatabase* plogdb = new LogAdapter();plogdb->initdb();plogdb->writetodb("向数据库中写入一条日志，实际是向日志文件中写入一条日志");plogdb->readfromdb();plogdb->closedb();delete plogdb;return 0;
}

6. 适配者模式的优点

• 灵活性：可以通过添加新的适配器来支持新接口，而无需修改现有代码。
• 复用性：可复用现有的类，减少了重复代码。
• 解耦：客户端与源类之间的关系通过适配器解耦，降低了系统的复杂性。

7. 适配者模式的缺点

• 增加复杂性：引入适配器类可能使系统结构变得更加复杂。
• 性能开销：适配器增加了一层间接调用，可能影响性能，但在大多数情况下影响微乎其微。

8. 适配者模式适用场景

• 已存在的类的接口不符合系统的需求：当系统需要使用现有的类，但这些类的接口不符合系统的需求时，可以使用适配者模式来使现有的类与系统接口兼容。
• 需要创建一个可复用的类，该类可以与其他不相关的类或不可预见的类（即那些接口可能不一定兼容的类）协同工作：适配器模式可以提供一个中间层，通过包装一个不兼容的对象，将其接口转换成目标接口，从而使其能与多种不同的对象协同工作。
• 在需要使用几个现有的子类，但是子类的接口不一致时：可以使用适配者模式来适配这些接口。通过定义一个统一的接口，并在适配器中将调用分派给相应的子类接口，可以使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以一起工作。
• 系统需要使用现有的类，而类的接口不符合系统的需求：例如，系统数据的输入需要特定的格式，而现有的库提供的数据格式与之不符。适配器可以在这两者之间进行转换。
• 整合多个库或框架时：当使用多个库或框架构建应用程序时，经常会遇到因为接口不兼容而无法一起工作的情况。使用适配器模式可以解决这些库或框架间的接口不兼容问题，使它们可以一起工作。
• 替换系统中的旧组件时：在软件维护或升级过程中，旧的组件可能需要被更现代或功能更强大的组件替换。如果新组件的接口与系统现有的接口不匹配，适配器模式可以用来适配这些接口，从而允许系统平滑过渡到新的组件，而不需要重写大量的代码。

总结

适配者模式是一种强大而灵活的设计模式，它允许不兼容的接口能够协同工作。通过创建适配器，我们可以复用现有的类，而无需修改其代码。这种模式特别适用于系统集成、旧系统改造或者与第三方库协作的场景。

适配者模式的核心在于：

1. 识别目标接口和源类之间的差异。
2. 设计适配器类来桥接这些差异。
3. 在适配器中实现接口转换逻辑。

在使用适配者模式时，需要注意以下几点：

1. 确保适配器只处理接口转换，不要在其中添加额外的业务逻辑。
2. 考虑使用对象适配器还是类适配器，根据实际需求和语言特性来选择。
3. 当需要适配的类较多时，可以考虑使用工厂模式来创建适配器。

虽然适配者模式可能会增加一些复杂性，但它提供的灵活性和可维护性通常会超过这些缺点。在使用时，应该权衡其利弊，选择最适合特定场景的解决方案。

完整代码

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <fstream>using namespace std;//日志文件操作相关类
class LogToFile
{
public:void initfile(){//做日志文件初始化工作，比如打开文件等等//......}void writetofile(const char* pcontent){//将日志内容写入文件//......}void readfromfile(){//从日志中读取一些信息//......}void closefile(){//关闭日志文件//......}//......可能还有很多其他成员函数，略
};class LogToDatabase
{
public:virtual void initdb() = 0; //不一定非是纯虚函数virtual void writetodb(const char* pcontent) = 0;virtual void readfromdb() = 0;virtual void closedb() = 0;virtual ~LogToDatabase() {} //做父类时析构函数应该为虚函数
};/*//适配器类
class LogAdapter :public LogToDatabase
{
public://构造函数LogAdapter(LogToFile* pfile) //形参是老接口所属类的指针{m_pfile = pfile;}virtual void initdb(){cout << "在LogAdapter::initdb()中适配LogToFile::initfile()" << endl;//这其中也可以加任何的其他代码......m_pfile->initfile();}virtual void writetodb(const char* pcontent){cout << "在LogAdapter::writetodb()中适配LogToFile::writetofile()" << endl;m_pfile->writetofile(pcontent);}virtual void readfromdb(){cout << "在LogAdapter::readfromdb()中适配LogToFile::readfromdb()" << endl;m_pfile->readfromfile();}virtual void closedb(){cout << "在LogAdapter::closedb()中适配LogToFile::closedb()" << endl;m_pfile->closefile();}
private:LogToFile* m_pfile;
}*/;//类适配器
class LogAdapter :public LogToDatabase, private LogToFile
{
public:virtual void initdb(){cout << "在LogAdapter::initdb()中适配LogToFile::initfile()" << endl;//这其中也可以加任何的其他代码......initfile();}virtual void writetodb(const char* pcontent){cout << "在LogAdapter::writetodb()中适配LogToFile::writetofile()" << endl;writetofile(pcontent);}virtual void readfromdb(){cout << "在LogAdapter::readfromdb()中适配LogToFile::readfromdb()" << endl;readfromfile();}virtual void closedb(){cout << "在LogAdapter::closedb()中适配LogToFile::closedb()" << endl;closefile();}
};int main()
{//    LogToFile* plog = new LogToFile();//    LogToDatabase* plogdb = new LogAdapter(plog);//    plogdb->initdb();//    plogdb->writetodb("向数据库中写入一条日志，实际是向日志文件中写入一条日志");//    plogdb->readfromdb();//    plogdb->closedb();//    delete plogdb;//    delete plog;LogToDatabase* plogdb = new LogAdapter();plogdb->initdb();plogdb->writetodb("向数据库中写入一条日志，实际是向日志文件中写入一条日志");plogdb->readfromdb();plogdb->closedb();delete plogdb;return 0;
}