C++设计模式之中介者模式


C++中介者模式中介者模式具体应用中介者模式应用场景



在没有引入星形网络拓扑图之前，计算机之间可以直接通信，但如果某台计算机要和其它多台计算机进行通信，则这台计算机必须认识所要进行通信的其余计算机。计算机与计算机之间存在多对多的关系，导致计算机之间关系非常复杂。引入星形网络拓扑图之后，计算机之间不再直接进行通信，而是由交换机进行处理。计算机不需要认识其它的计算机，只需要认识交换机就可以了。计算机之间的关系从多对多变成了一对多。在设计模式中也存在类似的模式，某些类/对象之间的相互调用关系错综复杂，可以使用中间类来协调这些类/对象之间的复杂关系，以降低系统的耦合度，称之为中介者模式。



1、中介者模式概述

如果在一个系统中对象之间的联系呈现为网状结构，对象之间存在大量的多对多联系，将导致系统非常复杂，这些对象既会影响别的对象，也会被别的对象所影响，这些对象称为同事对象，它们之间通过彼此的相互作用实现系统的行为。在网状结构中，几乎每个对象都需要与其他对象发生相互作用，而这种相互作用表现为一个对象与另外一个对象的直接耦合，这将导致一个过度耦合的系统。由于对象之间过渡耦合，复用性极差；添加新的对象，则这个对象必须加入错综复杂的关系网，可扩展性差；对这个系统进行维护简直是一场噩梦。



对象之间存在复杂关系的网状结构

中介者模式可以使对象之间的关系数量急剧减少，通过引入中介者对象，可以将系统的网状结构变成以中介者为中心的星形结构。在这个星形结构中，同事对象不再直接与另一个对象联系，它通过中介者对象与另一个对象发生相互作用。中介者对象的存在保证了对象结构上的稳定，也就是说，系统的结构不会因为新对象的引入带来大量的修改工作。



图20-5 引入中介者对象的星型结构

如果在一个系统中对象之间存在多对多的相互关系，我们可以将对象之间的一些交互行为从各个对象中分离出来，并集中封装在一个中介者对象中，并由该中介者进行统一协调，这样对象之间多对多的复杂关系就转化为相对简单的一对多关系。通过引入中介者来简化对象之间的复杂交互，中介者模式是“迪米特法则”的一个典型应用。

中介者模式(Mediator Pattern)：用一个中介对象（中介者）来封装一系列的对象交互，中介者使各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。中介者模式又称为调停者模式，它是一种对象行为型模式。

在中介者模式中，我们引入了用于协调其他对象/类之间相互调用的中介者类，为了让系统具有更好的灵活性和可扩展性，通常还提供了抽象中介者。



中介者模式结构图

Mediator（抽象中介者）：它定义一个接口，该接口用于与各同事对象之间进行通信。

ConcreteMediator（具体中介者）：它是抽象中介者的子类，通过协调各个同事对象来实现协作行为，它维持了对各个同事对象的引用。

Colleague（抽象同事类）：它定义各个同事类公有的方法，并声明了一些抽象方法来供子类实现，同时它维持了一个对抽象中介者类的引用，其子类可以通过该引用来与中介者通信。

ConcreteColleague（具体同事类）：它是抽象同事类的子类；每一个同事对象在需要和其他同事对象通信时，先与中介者通信，通过中介者来间接完成与其他同事类的通信；在具体同事类中实现了在抽象同事类中声明的抽象方法。

中介者模式的核心在于中介者类的引入，在中介者模式中，中介者类承担了两方面的职责：

(1) 中转作用（结构性）：通过中介者提供的中转作用，各个同事对象就不再需要显式引用其他同事，当需要和其他同事进行通信时，可通过中介者来实现间接调用。该中转作用属于中介者在结构上的支持。

(2) 协调作用（行为性）：中介者可以更进一步的对同事之间的关系进行封装，同事可以一致的和中介者进行交互，而不需要指明中介者需要具体怎么做，中介者根据封装在自身内部的协调逻辑，对同事的请求进行进一步处理，将同事成员之间的关系行为进行分离和封装。该协调作用属于中介者在行为上的支持。

2、扫描助理图像预览的设计与实现

扫描助理图像预览模块: 当EditText文本框中默认文件夹改变，则刷新扫描图库中的文件夹，这些文件夹为当前默认文件夹目录下的子文件夹，并且图库中显示扫描图库中第一个文件夹下面的所有图片； 当双击扫描图库中的某个文件夹，则把该文件夹里面的所有图片显示到图库中； 当点击图库中的某张图片，则选中扫描图库中该图片所属的文件夹。

UIWindow窗口类为抽象同事类Colleague; EditText、ListCtrl、ListView三个控件类为具体同事类ConcreteColleague; UIControl控制中心为具体中介者ConcreteMediator。

UIControl控制中心(中介者)实现代码如下:

[cpp]
view plaincopyprint?

//UI控制中心(也就是中介者) class UIControl { private: //中介者认识所有控件 EditText * m_pEditText; ListCtrl * m_pListCtrl; ListView * m_pListView; public: //设置文本控件、listCtrl、ListView控件 void SetEditText(EditText * pEditText) { m_pEditText = pEditText; } void SetListCtrl(ListCtrl * pListCtrl) { m_pListCtrl = pListCtrl; } void SetListView(ListView * pListView) { m_pListView = pListView; } //文本框内容改变事件 void OnChangeText() { m_pListCtrl->UpdateImage(); m_pListView->UpdateFolder(); } //ListCtrl控件单击事件 void OnListCtrlClick() { m_pListView->SelectFolder(); } //ListViw控件双击事件 void OnListViewDoubleClick() { m_pListCtrl->UpdateImage(); } };

//UI控制中心(也就是中介者)
class UIControl
{
private:
//中介者认识所有控件
EditText * m_pEditText;
ListCtrl * m_pListCtrl;
ListView * m_pListView;
public:
//设置文本控件、listCtrl、ListView控件
void SetEditText(EditText * pEditText)
{
m_pEditText = pEditText;
}

void SetListCtrl(ListCtrl * pListCtrl)
{
m_pListCtrl = pListCtrl;
}

void SetListView(ListView * pListView)
{
m_pListView = pListView;
}

//文本框内容改变事件
void OnChangeText()
{
m_pListCtrl->UpdateImage();
m_pListView->UpdateFolder();
}

//ListCtrl控件单击事件
void OnListCtrlClick()
{
m_pListView->SelectFolder();
}

//ListViw控件双击事件
void OnListViewDoubleClick()
{
m_pListCtrl->UpdateImage();
}
};

UIWindow类是一个父类(抽象同事类)，维持一个指向具体中介者的引用。实现代码如下:

[cpp]
view plaincopyprint?

//UI窗口类 class UIWindow { private: //UI窗口维持一个UIControl的引用(也就是中介者) UIControl * m_pUIControl; public: //设置UIControl void SetUIControl(UIControl * pUIControl) { m_pUIControl = pUIControl; } //获取UIControl UIControl * GetUIControl() { return m_pUIControl; } };

//UI窗口类
class UIWindow
{
private:
//UI窗口维持一个UIControl的引用(也就是中介者)
UIControl * m_pUIControl;
public:
//设置UIControl
void SetUIControl(UIControl * pUIControl)
{
m_pUIControl = pUIControl;
}

//获取UIControl
UIControl * GetUIControl()
{
return m_pUIControl;
}
};

具体3个控件类(也就是具体同事类)声明如下:

[cpp]
view plaincopyprint?

//文本框 class EditText : public UIWindow { public: //文本框内容改变事件 void OnChangeText(); }; //ListCtrl类 class ListCtrl : public UIWindow { public: //ListCtrl控件单击事件 void OnListCtrlClick(); //刷新图片列表 void UpdateImage(); }; //ListViw类 class ListView : public UIWindow { public: //ListViw控件双击事件 void OnListViewDoubleClick(); //刷新文件夹列表 void UpdateFolder(); //选中文件夹 void SelectFolder(); };

//文本框
class EditText : public UIWindow
{
public:
//文本框内容改变事件
void OnChangeText();
};

//ListCtrl类
class ListCtrl : public UIWindow
{
public:
//ListCtrl控件单击事件
void OnListCtrlClick();

//刷新图片列表
void UpdateImage();
};

//ListViw类
class ListView : public UIWindow
{
public:
//ListViw控件双击事件
void OnListViewDoubleClick();

//刷新文件夹列表
void UpdateFolder();

//选中文件夹
void SelectFolder();

};

具体3个控件类(也就是具体同事类)声明如下:

[cpp]
view plaincopyprint?

#include "UIControl.h" /************************EditText********************/ //文本框内容改变事件 void EditText::OnChangeText() { UIControl * pUIControl = GetUIControl(); pUIControl->OnChangeText(); } /************************ListCtrl********************/ //ListCtrl控件单击事件 void ListCtrl::OnListCtrlClick() { UIControl * pUIControl = GetUIControl(); pUIControl->OnListCtrlClick(); } //刷新图片列表 void ListCtrl::UpdateImage() { cout << "刷新图像列表" << endl; } /************************ListView********************/ //ListViw控件双击事件 void ListView::OnListViewDoubleClick() { UIControl * pUIControl = GetUIControl(); pUIControl->OnListViewDoubleClick(); } //刷新文件夹列表 void ListView::UpdateFolder() { cout << "刷新文件列表" << endl; } //选中文件夹 void ListView::SelectFolder() { cout << "选中文件夹" << endl; }

#include "UIControl.h"

/************************EditText********************/

//文本框内容改变事件
void EditText::OnChangeText()
{
UIControl * pUIControl = GetUIControl();

pUIControl->OnChangeText();
}

/************************ListCtrl********************/

//ListCtrl控件单击事件
void ListCtrl::OnListCtrlClick()
{
UIControl * pUIControl = GetUIControl();

pUIControl->OnListCtrlClick();
}

//刷新图片列表
void ListCtrl::UpdateImage()
{
cout << "刷新图像列表" << endl;
}

/************************ListView********************/

//ListViw控件双击事件
void ListView::OnListViewDoubleClick()
{
UIControl * pUIControl = GetUIControl();

pUIControl->OnListViewDoubleClick();
}

//刷新文件夹列表
void ListView::UpdateFolder()
{
cout << "刷新文件列表" << endl;
}

//选中文件夹
void ListView::SelectFolder()
{
cout << "选中文件夹" << endl;
}

测试文件实现代码如下：

[cpp]
view plaincopyprint?

#include <iostream> #include "UIControl.h" using namespace std; int main() { //创建UI控制器(中介者) UIControl * pUIControl = new UIControl(); //创建文本框、ListCtrl、ListView控件(同事类) EditText * pEditText = new EditText(); ListCtrl * pListCtrl = new ListCtrl(); ListView * pListView = new ListView(); //各个控件持有中介者的引用 pEditText->SetUIControl(pUIControl); pListCtrl->SetUIControl(pUIControl); pListView->SetUIControl(pUIControl); //中介者认识所有控件 pUIControl->SetEditText(pEditText); pUIControl->SetListCtrl(pListCtrl); pUIControl->SetListView(pListView); cout << "---------系统工作目录改变------------" << endl; pEditText->OnChangeText(); cout << endl << "---------ListView被双击------------" << endl; pListView->OnListViewDoubleClick(); cout << endl << "---------ListCtrl被单击------------" << endl; pListCtrl->OnListCtrlClick(); cout << endl; //销毁操作 delete pUIControl; pUIControl = NULL; delete pEditText; pEditText = NULL; delete pListCtrl; pListCtrl = NULL; delete pListView; pListView = NULL; return 0; }

#include <iostream>
#include "UIControl.h"
using namespace std;

int main()
{
//创建UI控制器(中介者)
UIControl * pUIControl = new UIControl();

//创建文本框、ListCtrl、ListView控件(同事类)
EditText * pEditText = new EditText();
ListCtrl * pListCtrl = new ListCtrl();
ListView * pListView = new ListView();

//各个控件持有中介者的引用
pEditText->SetUIControl(pUIControl);
pListCtrl->SetUIControl(pUIControl);
pListView->SetUIControl(pUIControl);

//中介者认识所有控件
pUIControl->SetEditText(pEditText);
pUIControl->SetListCtrl(pListCtrl);
pUIControl->SetListView(pListView);

cout << "---------系统工作目录改变------------" << endl;
pEditText->OnChangeText();

cout << endl << "---------ListView被双击------------" << endl;
pListView->OnListViewDoubleClick();

cout << endl << "---------ListCtrl被单击------------" << endl;
pListCtrl->OnListCtrlClick();

cout << endl;

//销毁操作
delete pUIControl;
pUIControl = NULL;
delete pEditText;
pEditText = NULL;
delete pListCtrl;
pListCtrl = NULL;
delete pListView;
pListView = NULL;

return 0;
}

编译并执行，结果如下：



如果需要引入新的具体同事类，只需要继承抽象同事类并实现其中的方法即可，由于具体同事类之间并无直接的引用关系，因此原有所有同事类无须进行任何修改，它们与新增同事对象之间的交互可以通过修改或者增加具体中介者类来实现；如果需要在原有系统中增加新的具体中介者类，只需要继承抽象中介者类（或已有的具体中介者类）并覆盖其中定义的方法即可，在新的具体中介者中可以通过不同的方式来处理对象之间的交互，也可以增加对新增同事的引用和调用。在客户端中只需要修改少许代码就可以实现中介者的更换。

3、中介者模式总结
中介者模式将一个网状的系统结构变成一个以中介者对象为中心的星形结构，在这个星型结构中，使用中介者对象与其他对象的一对多关系来取代原有对象之间的多对多关系。我们可以将对象之间的一些交互行为从各个对象中分离出来，并集中封装在一个中介者对象中，体现封装变化原则。 各个同事类只需认识中介者类就可以了，无需认识其它同事类，解除了同事类之间的耦合，符合"迪迷特法则"。添加新的同事类，只需要继承于抽象同事类就可以了，符合"开放封闭原则"。引入中介者模式，可维护性，可复用性，可拓展性提到增强。

1.主要优点

中介者模式的主要优点如下：

(1) 中介者模式简化了对象之间的交互，它用中介者和同事的一对多交互代替了原来同事之间的多对多交互，一对多关系更容易理解、维护和扩展，将原本难以理解的网状结构转换成相对简单的星型结构。

(2) 中介者模式可将各同事对象解耦。中介者有利于各同事之间的松耦合，我们可以独立的改变和复用每一个同事和中介者，增加新的中介者和新的同事类都比较方便，更好地符合“开闭原则”。

(3) 可以减少子类生成，中介者将原本分布于多个对象间的行为集中在一起，改变这些行为只需生成新的中介者子类即可，这使各个同事类可被重用，无须对同事类进行扩展。

(4)各个同事类只需认识中介者类就可以了，无需认识其它同事类，解除了同事类之间的耦合，符合"迪迷特法则"。

(5)我们可以将对象之间的一些交互行为从各个对象中分离出来，并集中封装在一个中介者对象中，体现封装变化原则。

2.主要缺点

在具体中介者类中包含了大量同事之间的交互细节，可能会导致具体中介者类非常复杂，使得系统难以维护,如果中介者出了问题，整个系统就无法运转了，对象之间无法正常交流。中介者模式很容易在系统中应用，也很容易在系统中误用。当系统出现了多对多交互复杂的对象群时，不要急于使用中介者模式，而要先反思你的系统在设计上是不是合理。

3.适用场景

在以下情况下可以考虑使用中介者模式：

(1) 系统中对象之间存在复杂的引用关系，系统结构混乱且难以理解。

(2) 一个对象由于引用了其他很多对象并且直接和这些对象通信，导致难以复用该对象。

(3) 想通过一个中间类来封装多个类中的行为，而又不想生成太多的子类。可以通过引入中介者类来实现，在中介者中定义对象交互的公共行为，如果需要改变行为则可以增加新的具体中介者类。

4.中介者模式具体应用

(1)进销存系统开发: 采购管理、销售管理、库存管理、供应商管理等，各个模块之间互相交流，存在多对多关心，可以使用一个中介者来封装这些模块之间的交互行为。

(2)机场调度系统的开发，这个调度中心就相当于中介者，用于管理各飞机之间的正常通行。

(3)QQ聊天中的群，群相当于中介者，处理各个对象之间的交流。

(4)在GUI图像界面开发中，存在一个事件机制来处理各个UI控件之间的交流，这个事件机制就相当于中介者。

(5)网络拓扑结构中的星行结构，所有计算机和交换机打交道，由交互机来负责计算机之间的正常通信。

(6)邮箱原理: 当给好友发送一份邮件时候，该邮件先到达邮件服务器(中转站)，由中转转负责把邮件发给好友。
(7)生活中的中介: 电脑主板控制CPU，硬盘，内存，显卡等；百合网相当于婚姻的中介；房屋中介