设计模式与软考试题之桥接模式

2009年上半年软件设计师考试下午试题最后一题考查桥接模式，原题如下：

【全国计算机技术与软件专业技术资格（水平）考试 2009年上半年软件设计师下午试卷】

注：当年试题五、试题六和试题七三选一，试题六为C++版，试题七为Java版。

试题六

阅读以下说明和 C++代码，将应填入（n）处的字句写在答题纸的对应栏内。

【说明】

现欲实现一个图像浏览系统，要求该系统能够显示BMP、JPEG和GIF三种格式的文件，并且能够在Windows和Linux两种操作系统上运行。系统首先将BMP、JPEG和GIF三种格式的文件解析为像素矩阵，然后将像素矩阵显示在屏幕上。系统需具有较好的扩展性以支持新的文件格式和操作系统。为满足上述需求并减少所需生成的子类数目，采用桥接(Bridge)设计模式进行设计所得类图如图6-1所示。

图6-1 类图

采用该设计模式的原因在于：系统解析BMP、JPEG与GIF文件的代码仅与文件格式相关，而在屏幕上显示像素矩阵的代码则仅与操作系统相关。

【C++代码】

class Matrix{ //各种格式的文件最终都被转化为像素矩阵
//此处代码省略
};

class ImageImp{
public:
virtual void doPaint(Matrix m) = 0; //显示像素矩阵m
};

class WinImp : public ImageImp{
public:
void doPaint(Matrix m){ /*调用windows系统的绘制函数绘制像素矩阵*/ }
};

class LinuxImp : public ImageImp{
public:
void doPaint(Matrix m){ /*调用Linux系统的绘制函数绘制像素矩阵*/ }
};

class Image {
public:
    void setImp(ImageImp *imp) { （1） = imp;}
    virtual void parseFile(string fileName) = 0;
protected:
  （2） *imp;
};

class BMP : public Image{
public:
    void parseFile(string fileName){
     //此处解析BMP 文件并获得一个像素矩阵对象m
     （3）    ;// 显示像素矩阵m
}
};

class GIF : public Image{
//此处代码省略
};

class JPEG : public Image{
//此处代码省略
};

void main(){
//在Windows操作系统上查看demo.bmp图像文件
Image *image1 =（4）    ;
ImageImp *imageImp1 =（5）    ;
（6） ;
image1->parseFile("demo.bmp");
}

现假设该系统需要支持10种格式的图像文件和5种操作系统，不考虑类Matrix，若采用桥接设计模式则至少需要设计（7）个类。

试题七

阅读以下说明和 Java代码，将应填入（n）处的字句写在答题纸的对应栏内。

【说明】

图7-1 类图

采用该设计模式的原因在于：系统解析BMP、JPEG与GIF文件的代码仅与文件格式相关，而在屏幕上显示像素矩阵的代码则仅与操作系统相关。

【Java代码】

class Matrix { //各种格式的文件最终都被转化为像素矩阵

//此处代码省略

}

interface ImageImp {

public void doPaint(Matrix m); //显示像素矩阵m

}

class WinImp implements ImageImp {

public void doPaint(Matrix m) {/*调用Windows系统的绘制函数绘制像素矩阵*/}

}

class LinuxImp implements ImageImp {

public void doPaint(Matrix m) {/*调用Linux系统的绘制函数绘制像素矩阵*/}

}

abstract class Image {

public void setImp(ImageImp imp) {

(1) = imp; }

public abstract void parseFile(String fileName);

protected (2) imp;

}

class BMP extends Image {

public void parseFile(String fileName) {

//此处解析BMP文件并获得一个像素矩阵对象m

(3) ;//显示像素矩阵m

}

class GIF extends Image {

//此处代码省略

}

class JPEG extends Image {

//此处代码省略

}

public class Main{

public static void main(String[] args)

{

//在Windows操作系统上查看demo.bmp图像文件

Image image1 = (4) ;

ImageImp imageImp1 = (5);

(6) ;

image1.parseFile("demo.bmp");

}

现假设该系统需要支持10种格式的图像文件和5种操作系统，不考虑类Matrix，若采用桥接设计模式则至少需要设计（7）个类。

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分析与解答：

本题是桥接模式的一个应用实例，在本实例所述系统中，存在文件格式和操作系统两个独立变化的维度，这两个维度都需要独立进行扩展和维护，因此可以使用桥接模式来进行设计与实现。

在本实例的类图中，抽象图像文件类Image充当Abstraction（抽象类），具体图像文件类BMP、GIF和JPEG充当RefinedAbstraction（扩充抽象类），ImageImp充当Implementor（实现类接口），而两种不同操作系统的实现类WinImp和LinuxImp充当ConcreteImplementor（具体实现类）。

根据桥接模式的实现原理，在抽象类Image中维持了一个对实现类接口ImageImp类型对象的引用，正因为在两个维度的抽象层之间存在一个高层的关联关系，其形状类似一条桥，“桥接模式”故此得名。因此，第(2)空为实现类接口ImageImp。在程序运行时，可以通过构造方法或者Setter方法将一个实现ImageImp接口的子类对象注入到Image对象中，但是在定义的时候仍使用ImageImp作为传入参数的类型，根据里氏代换原则，任何ImageImp的子类对象都可以在运行时覆盖由ImageImp定义的对象，不难得知，第(1)空为给ImageImp类型的成员变量imp赋值，答案为this->imp【C++】或this.imp【Java】，此处使用的是Setter注入。

根据实例说明，系统解析BMP、JPEG与GIF文件的代码仅与文件格式相关，而在屏幕上显示像素矩阵的代码则仅与操作系统相关，在获得一个特定格式的像素矩阵之后，在不同的操作系统中其显示程序有所不同，因此需要调用ImageImp 子类的doPaint()方法来显示像素矩阵，第(3)空略有难度，根据多态和里氏代换原则，ImageImp子类对象在运行时才注入，而在代码中统一使用ImageImp类型的imp来编程实现，这体现了“依赖倒转原则”，即针对抽象（接口）编程，而不针对具体编程。由此可知，第(3)空为调用imp对象的显示像素矩阵方法doPaint()来显示图像【注意方法的参数】，答案为imp -> doPaint(m)【C++】或imp.doPaint(m)【Java】。

第(4)-(6)空考查客户端代码的编写，由于在代码注释中已经明确指出“在Windows操作系统上查看demo.bmp图像文件”，因此图像文件的格式为BMP类型，且显示在Windows操作系统中，我们只需从两个维度中选择对应的具体类，并实例化成对象，然后将对象进行组合即可。image1的类型为BMP，imageImp1的类型为WinImp，第(4)空用于创建一个BMP类型的图像对象，而第(5)空用于创建一个WinImp类型的对象。第(6)空需要仔细考虑，该空用于将对象进行组合，即将对象imageImp1注入到对象image1中，答案为image1 -> setImp(imageImp1)【C++】或image1.setImp(imageImp1)。

最后一空考查桥接模式对整个系统设计的影响，要求计算使用桥接模式之后系统中类的个数。桥接模式的优点之一就是避免类的个数出现爆炸式增长，减少类的个数。如果不使用桥接模式而使用多层继承结构，具体类的个数为两个维度类型数目的乘积，而使用桥接模式之后，具体类的个数仅为两个维度类型数目之和。因此当系统需要支持10种格式的图像文件和5种操作系统时（不考虑类Matrix），如果采用桥接模式，只需要 10 + 5 = 15个具体类，再加上两个抽象层类，至少需要设计17个类；如果不采用桥接模式，而使用多层继承，则所需的具体类数目为 10 * 5 = 50个，再加上各种抽象层和中间层的类，类的个数要远远超过17个，因此，桥接模式的引入将简化系统设计，减少系统中类的个数，并使得系统扩展起来更加灵活。

推荐：深入学习桥接模式

参考答案：

【试题六】

(1) this -> imp
(2) ImageImp
(3) imp -> doPaint(m)
(4) new BMP 或 new BMP()
(5) new WinImp 或 new WinImp()
(6) image1 -> setImp(imageImp1)
(7) 17

【试题七】

(1) this.imp
(2) ImageImp
(3) imp.doPaint(m)
(4) new BMP()
(5) new WinImp()
(6) image1.setImp(imageImp1)
(7) 17

【作者：刘伟 http://blog.csdn.net/lovelion】

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