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適配器模式(Adapter模式)詳解

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在現實生活中,經常出現兩個對象因接口不兼容而不能在一起工作的實例,這時需要第三者進行適配。例如,講中文的人同講英文的人對話時需要一個翻譯,用直流電的筆記本電腦接交流電源時需要一個電源適配器,用計算機訪問照相機的 SD 內存卡時需要一個讀卡器等。

在軟件設計中也可能出現:需要開發的具有某種業務功能的組件在現有的組件庫中已經存在,但它們與當前系統的接口規范不兼容,如果重新開發這些組件成本又很高,這時用適配器模式能很好地解決這些問題。

模式的定義與特點

適配器模式(Adapter)的定義如下:將一個類的接口轉換成客戶希望的另外一個接口,使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些類能一起工作。適配器模式分為類結構型模式和對象結構型模式兩種,前者類之間的耦合度比后者高,且要求程序員了解現有組件庫中的相關組件的內部結構,所以應用相對較少些。

該模式的主要優點如下。
  • 客戶端通過適配器可以透明地調用目標接口。
  • 復用了現存的類,程序員不需要修改原有代碼而重用現有的適配者類。
  • 將目標類和適配者類解耦,解決了目標類和適配者類接口不一致的問題。

其缺點是:對類適配器來說,更換適配器的實現過程比較復雜。

模式的結構與實現

類適配器模式可采用多重繼承方式實現,如 C++ 可定義一個適配器類來同時繼承當前系統的業務接口和現有組件庫中已經存在的組件接口;Java 不支持多繼承,但可以定義一個適配器類來實現當前系統的業務接口,同時又繼承現有組件庫中已經存在的組件。

對象適配器模式可釆用將現有組件庫中已經實現的組件引入適配器類中,該類同時實現當前系統的業務接口?,F在來介紹它們的基本結構。

1. 模式的結構

適配器模式(Adapter)包含以下主要角色。
  1. 目標(Target)接口:當前系統業務所期待的接口,它可以是抽象類或接口。
  2. 適配者(Adaptee)類:它是被訪問和適配的現存組件庫中的組件接口。
  3. 適配器(Adapter)類:它是一個轉換器,通過繼承或引用適配者的對象,把適配者接口轉換成目標接口,讓客戶按目標接口的格式訪問適配者。

類適配器模式的結構圖如圖 1 所示。

類適配器模式的結構圖
圖1 類適配器模式的結構圖

對象適配器模式的結構圖如圖 2 所示。

對象適配器模式的結構圖
圖2 對象適配器模式的結構圖

2. 模式的實現

(1) 類適配器模式的代碼如下。
package adapter;
//目標接口
interface Target
{
    public void request();
}
//適配者接口
class Adaptee
{
    public void specificRequest()
    {       
        System.out.println("適配者中的業務代碼被調用!");
    }
}
//類適配器類
class ClassAdapter extends Adaptee implements Target
{
    public void request()
    {
        specificRequest();
    }
}
//客戶端代碼
public class ClassAdapterTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println("類適配器模式測試:");
        Target target = new ClassAdapter();
        target.request();
    }
}

程序的運行結果如下:
類適配器模式測試:
適配者中的業務代碼被調用!

(2)對象適配器模式的代碼如下。
package adapter;
//對象適配器類
class ObjectAdapter implements Target
{
    private Adaptee adaptee;
    public ObjectAdapter(Adaptee adaptee)
    {
        this.adaptee=adaptee;
    }
    public void request()
    {
        adaptee.specificRequest();
    }
}
//客戶端代碼
public class ObjectAdapterTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println("對象適配器模式測試:");
        Adaptee adaptee = new Adaptee();
        Target target = new ObjectAdapter(adaptee);
        target.request();
    }
}

說明:對象適配器模式中的“目標接口”和“適配者類”的代碼同類適配器模式一樣,只要修改適配器類和客戶端的代碼即可。

程序的運行結果如下:
對象適配器模式測試:
適配者中的業務代碼被調用!

模式的應用實例

【例1】用適配器模式(Adapter)模擬新能源汽車的發動機。

分析:新能源汽車的發動機有電能發動機(Electric Motor)和光能發動機(Optical Motor)等,各種發動機的驅動方法不同,例如,電能發動機的驅動方法 electricDrive() 是用電能驅動,而光能發動機的驅動方法 opticalDrive() 是用光能驅動,它們是適配器模式中被訪問的適配者。

客戶端希望用統一的發動機驅動方法 drive() 訪問這兩種發動機,所以必須定義一個統一的目標接口 Motor,然后再定義電能適配器(Electric Adapter)和光能適配器(Optical Adapter)去適配這兩種發動機。

我們把客戶端想訪問的新能源發動機的適配器的名稱放在 XML 配置文件中(點此下載 XML 文件),客戶端可以通過對象生成器類 ReadXML 去讀取。這樣,客戶端就可以通過 Motor 接口隨便使用任意一種新能源發動機去驅動汽車,圖 3 所示是其結構圖。

發動機適配器的結構圖
圖3 發動機適配器的結構圖

程序代碼如下:
package adapter;
//目標:發動機
interface Motor
{
    public void drive();
}
//適配者1:電能發動機
class ElectricMotor
{
    public void electricDrive()
    {
        System.out.println("電能發動機驅動汽車!");
    }
}
//適配者2:光能發動機
class OpticalMotor
{
    public void opticalDrive()
    {
        System.out.println("光能發動機驅動汽車!");
    }
}
//電能適配器
class ElectricAdapter implements Motor
{
    private ElectricMotor emotor;
    public ElectricAdapter()
    {
        emotor=new ElectricMotor();
    }
    public void drive()
    {
        emotor.electricDrive();
    }
}
//光能適配器
class OpticalAdapter implements Motor
{
    private OpticalMotor omotor;
    public OpticalAdapter()
    {
        omotor=new OpticalMotor();
    }
    public void drive()
    {
        omotor.opticalDrive();
    }
}
//客戶端代碼
public class MotorAdapterTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println("適配器模式測試:");
        Motor motor=(Motor)ReadXML.getObject();
        motor.drive();
    }
}
package adapter;
import javax.xml.parsers.*;
import org.w3c.dom.*;
import java.io.*;
class ReadXML
{
    public static Object getObject()
    {
        try
        {
            DocumentBuilderFactory dFactory=DocumentBuilderFactory.newInstance();
            DocumentBuilder builder=dFactory.newDocumentBuilder();
            Document doc;                           
            doc=builder.parse(new File("src/adapter/config.xml"));
            NodeList nl=doc.getElementsByTagName("className");
            Node classNode=nl.item(0).getFirstChild();
            String cName="adapter."+classNode.getNodeValue();
            Class<?> c=Class.forName(cName);
              Object obj=c.newInstance();
            return obj;
         }  
         catch(Exception e)
         {
                   e.printStackTrace();
                   return null;
         }
    }
}

程序的運行結果如下:
適配器模式測試:
電能發動機驅動汽車!

注意:如果將配置文件中的 ElectricAdapter 改為 OpticalAdapter,則運行結果如下:
適配器模式測試:
光能發動機驅動汽車!

模式的應用場景

適配器模式(Adapter)通常適用于以下場景。
  • 以前開發的系統存在滿足新系統功能需求的類,但其接口同新系統的接口不一致。
  • 使用第三方提供的組件,但組件接口定義和自己要求的接口定義不同。

模式的擴展

適配器模式(Adapter)可擴展為雙向適配器模式,雙向適配器類既可以把適配者接口轉換成目標接口,也可以把目標接口轉換成適配者接口,其結構圖如圖 4 所示。

雙向適配器模式的結構圖
圖4 雙向適配器模式的結構圖

程序代碼如下:
package adapter;
//目標接口
interface TwoWayTarget
{
    public void request();
}
//適配者接口
interface TwoWayAdaptee
{
    public void specificRequest();
}
//目標實現
class TargetRealize implements TwoWayTarget
{
    public void request()
    {       
        System.out.println("目標代碼被調用!");
    }
}
//適配者實現
class AdapteeRealize implements TwoWayAdaptee
{
    public void specificRequest()
    {       
        System.out.println("適配者代碼被調用!");
    }
}
//雙向適配器
class TwoWayAdapter  implements TwoWayTarget,TwoWayAdaptee
{
    private TwoWayTarget target;
    private TwoWayAdaptee adaptee;
    public TwoWayAdapter(TwoWayTarget target)
    {
        this.target=target;
    }
    public TwoWayAdapter(TwoWayAdaptee adaptee)
    {
        this.adaptee=adaptee;
    }
    public void request()
    {
        adaptee.specificRequest();
    }
    public void specificRequest()
    {       
        target.request();
    }
}
//客戶端代碼
public class TwoWayAdapterTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println("目標通過雙向適配器訪問適配者:");
        TwoWayAdaptee adaptee=new AdapteeRealize();
        TwoWayTarget target=new TwoWayAdapter(adaptee);
        target.request();
        System.out.println("-------------------");
        System.out.println("適配者通過雙向適配器訪問目標:");
        target=new TargetRealize();
        adaptee=new TwoWayAdapter(target);
        adaptee.specificRequest();
    }
}

程序的運行結果如下:
目標通過雙向適配器訪問適配者:
適配者代碼被調用!
-------------------
適配者通過雙向適配器訪問目標:
目標代碼被調用!
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