什么是結構性模式

結構性模式描述類和對象怎樣結合在一起成為較大的結構。 結構性模式描述兩種不同的東西：類與類的實例。根據它們所描述的東西的不同， 結構性模式可以分為類結構模式和實例結構模式兩種。

類結構模式使用繼承（inheritance）來把類，接口等組合在一起，形成更大的結構。 當一個類從父類繼承，并實現某接口時，這個新的類就把父類的結構和接口的結構結合起來。 類結構模式是靜態的。一個類結構模式的典型的例子，就是類形式的變壓器模式。

實例結構模式描述各種不同類型的把對象組合在一起，實現新的功能的方法。實例結構模式是動態的。 一個典型的實例結構模式，就是代理人模式，代理人模式將在以后介紹。其它的例子包括后面將要介紹的復合模式， 飛行重量模式，裝飾模式，以及實例形式的變壓器模式等。

有一些模式會有類結構模式的形式和實例結構模式的形式兩種，成為以上兩種形式的結構模式的極好注解。 本節要介紹的變壓器模式就是這樣，它有類形式和實例形式兩種。

變壓器模式的介紹

變壓器模式把一個類的接口變換成客戶端所期待的另一種接口。變壓器模式使原本無法在一起工作的兩個類能夠在一起工作。 如前所述，變壓器模式是關于類結構的結構性模式，因而是靜態的模式。

這很象變壓器(Adapter)---變壓器把一種電壓變換成另一種電壓。當我把美國的電器拿回中國大陸去用的時候， 我就面臨電壓不同的問題。美國的生活用電壓是110伏，而中國的電壓是220伏。我如果要在中國大陸使用我在美國使用的電器， 我就必須有一個能把220伏電壓轉換成110伏電壓的變壓器。而這正象是本模式所做的事，因此此模式被稱為變壓器模式。

讀者可能也會想到，Adapter在中文也可翻譯為轉換器（適配器）。實際上，轉換器（適配器）也是一個合適的名字。仍用電器作例子， 美國的電器的插頭一般是三相的，即除了陽極，陰極外，還有一個地極。中國大陸的建筑物內的電源插座一般只有兩極，沒有地極。 這時候，即便電器的確可以接受220伏電壓，電源插座和插頭不匹配，也使電器無法使用。 一個三相到兩相的轉換器（適配器）就能解決這個問題。因此此模式也可被稱為轉換器（適配器）模式。

同時，這種做法也很象包裝過程，被包裝的物體的真實樣子被包裝所掩蓋和改變，因此有人把這種模式叫做包裝（Wrapper）模式。事實上， 我們經常寫很多這樣的wrapper類，把已有的一些類包裹起來，使之能有滿足需要的接口。

變壓器模式有類形式和實例形式兩種不同的形式。

類形式的變壓器模式的定義

類形式的變壓器模式的類圖定義如下。


圖1. 類形式的類變壓器模式的類圖定義

在圖1可以看出,模式所涉及的成員有：

• 目標（Target）。這就是我們所期待得到的接口。注意，由于這里討論的是類變壓器模式，因此目標不可以是類。
  
  
• 源（Adaptee）。現有需要適配的接口。
  
  
• 變壓器（Adapter）。變壓器類是本模式的核心。變壓器把源接口轉換成目標接口。顯然，這一角色不可以是接口， 而必須是實類。

本模式的示范代碼如下：

package com.javapatterns.adapter.classAdapter;public interface Target{    /**     * Class Adaptee contains operation sampleOperation1.     */    void sampleOperation1();    /**     * Class Adaptee doesn't contain operation sampleOperation2.     */    void sampleOperation2();}

代碼清單1. Target的源代碼。

package com.javapatterns.adapter.classAdapter;public class Adaptee{    public void sampleOperation1(){}}

代碼清單2. Adaptee的源代碼。

package com.javapatterns.adapter.classAdapter;public class Adapter extends Adaptee implements Target{    /**     * Class Adaptee doesn't contain operation sampleOperation2.     */    public void sampleOperation2()    {        // Write your code here    }}

代碼清單3. Adapter的源代碼。

類形式的變壓器模式的效果

第一、 使用一個實類把源(Adaptee)適配到目標（Target)。這樣一來，如果你想把源以及源的子類都使用此類適配， 就行不通了。

第二、 由于變壓器類是源的子類，因此可以在變壓器類中置換（override)掉源的一些方法。

第三、 由于只引進了一個變壓器類，因此只有一個路線到達目標類。問題得到簡化。

實例形式的變壓器模式的定義

實例形式的變壓器模式的類圖定義如下。


圖2. 實例變壓器模式的類圖定義

在圖1可以看出,模式所涉及的成員有：

• 目標（Target）。這就是我們所期待得到的接口。目標可以是實的或抽象的類。
  
  
• 源（Adaptee）。現有需要適配的接口。
  
  
• 變壓器（Adapter）。變壓器類是本模式的核心。變壓器把源接口轉換成目標接口。 顯然，這一角色必須是實類。

本模式的示范代碼如下：

package com.javapatterns.adapter;public interface Target {    /**     * Class Adaptee contains operation sampleOperation1.     */    void sampleOperation1();    /**     * Class Adaptee doesn't contain operation sampleOperation2.     */    void sampleOperation2();}

代碼清單4. Target的源代碼。

package com.javapatterns.adapter;public class Adapter implements Target {public Adapter(Adaptee adaptee){        super();        this.adaptee = adaptee;    }    public void sampleOperation1(){        adaptee.sampleOperation1();    }    public void sampleOperation2(){        // Write your code here    }    private Adaptee adaptee;}

代碼清單5. Adapter的源代碼。

package com.javapatterns.adapter;public class Adaptee {    public void sampleOperation1(){}}

代碼清單6. Adaptee的源代碼。

實例形式的變壓器模式的效果

第一、 一個變壓器可以把多種不同的源適配到同一個目標。換言之，同一個變壓器可以把源類和它的子類都適配到目標接口。

第二、 與類形式的變壓器模式相比，要想置換源類的方法就不容易。如果一定要置換掉源類的一個或多個方法，就只好先做一個源類的子類， 將源類的方法置換掉，然后再把源類的子類當作真正的源進行適配。

第三、 雖然要想置換源類的方法不容易，但是要想增加一些新的方法則方便得很。 而且新增加的方法同時適用于所有的源。

在什么情況下使用變壓器模式

在以下各種情況下使用變壓器模式：

第一、 你需要使用現有的類，而此類的接口不符合你的需要。

第二、 你想要建立一個可以重復使用的類，用以與一些彼此之間沒有太大關聯的一些類， 包括一些可能在將來引進的類一起工作。這些源類不一定有很復雜的接口。

第三、 （對實例形式的變壓器模式而言）你需要改變多個已有的子類的接口， 如果使用類形式的變壓器模式，就要針對每一個子類做一個變壓器類，而這不太實際。

J2SE中的變壓器模式的使用

在爪哇語言2.0的標準SDK中，有很多的變壓器類。如：

• 庫程序包javaawtevent中有
  
  
  • ComponentAdapter
  • ContainerAdapter
  • FocusAdapter
  • HierarchyBoundsAdapter
  • KeyAdapter
  • MouseAdapter
  • MouseMotionAdapter
  • WindowAdapter
    
    
• 庫程序包Javaxswingevent中有
  
  
  • InternalFrameAdapter
  • MouseInputAdapter

這些都是變壓器模式使用的實際例子。值得指出的是，WindowAdapter的建立者們不可能預見到你所要使用的目標接口， 因此WindowAdapter不可能實現你的目標接口。但是，在考察了這些變壓器類的使用范圍之后，我們會發現， WindowAdapter只需實現WindowListener的接口即可，也就是說，目標接口被省略了。請見下面的解釋。

抽象類WindowAdapter是變壓器模式的一個例子

抽象類WindowAdapter是為接受視窗的事件而準備的。此抽象類內所有的方法都是空的。 使用此類可以很方便地創立listener對象。置換(Override)你所感興趣的那個事件所對應的方法。 如果你不使用此抽象類，那么你必然規律要實現WindowsListener接口，而那樣你就不得不實現所有接口中的方法， 即便是你不需要的事件所對應的方法，你也要給出一個空的方法，而這顯然不方便。

顯然，抽象類WindowAdapter的目標接口可以選得與源接口一樣，而不影響效果。 這就解釋了為什么目標接口不出現在WindowAdapter類圖（見下面）里。


圖3. 本例子SwingUI類與WindowAdapter實例變壓器模式的類圖定義

SwingUI類的代碼如下。

import java.awt.Color;import java.awt.BorderLayout;import java.awt.event.*;import javax.swing.*;class SwingUI extends JFrame implements ActionListener{   JLabel text, clicked;   JButton button, clickButton;   JPanel panel;   private boolean m_clickMeMode = true;   Public SwingUI()   {     text = new JLabel("我很高興！");     button = new JButton("理我");     button.addActionListener(this);     panel = new JPanel();     panel.setLayout(new BorderLayout());     panel.setBackground(Color.white);     getContentPane().add(panel);     panel.add(BorderLayout.CENTER, text);     panel.add(BorderLayout.SOUTH, button);   }   public void actionPerformed(ActionEvent event)   {        Object source = event.getSource();        if (m_clickMeMode)        {          text.setText("我很煩！");          button.setText("別理我");          m_clickMeMode = false;        }        else        {          text.setText("我很高興！");          button.setText("理我");          m_clickMeMode = true;        }   }   public static void main(String[] args)   {     SwingUI frame = new SwingUI();     frame.setTitle("我");          WindowListener listener = new WindowAdapter()     {       public void windowClosing(WindowEvent e)       {         System.exit(0);       }     };     frame.addWindowListener(listener);     frame.pack();     frame.setVisible(true);  }}

代碼清單7. SwingUI類的源代碼。紅色的代碼就是使用WindowAdapter的無名內部類。

顯然，由于無名內部類是繼承自WindowAdapter抽象類，因此只需置換（override)掉我們需要的方法， 即windowClosing（）而不必操心WindowListener的其它方法。

本例子在運行時的樣子：


圖4. SwingUI類在運行時的樣子。單擊命令鍵“理我”就變成下圖的樣子。


圖5. 再單擊命令鍵“別理我”就會回到前圖的樣子。

利用變壓器模式指方為圓

中國古代有趙高指鹿為馬的故事。鹿與馬有很多相似之處，沒見過的人本就分辨不清，指一指可能沒什么大不了的。 指方為圓是否太過？非也。本例就是要指方為圓，需要的只是變壓器模式這個魔術手指（Magic Finger）。

變壓器模式在本例子的類圖如下。


圖6. 指方為圓的變壓器模式類圖

package com.javapatterns.adapter.cube2ball;public class Cube{    public Cube(double width)    {        this.width = width;    }    public double calculateVolume()    {     return width * width * width;    }    public double calculateFaceArea()    {        return width * width;    }    public double getWidth()    {        return this.width;    }    public void setWidth(double width)    {        this.width = width;    }    private double width;}

代碼清單8. Cube類的源代碼。。

package com.javapatterns.adapter.cube2ball;public interface BallIF{    double calculateArea();    double calculateVolume();    double getRadius();    void setRadius(double radius);}

代碼清單9. BallIF接口的源代碼。

package com.javapatterns.adapter.cube2ball;public class MagicFinger implements BallIF{    public MagicFinger(Cube adaptee)    {        super();        this.adaptee = adaptee;        radius = adaptee.getWidth();    }    public double calculateArea()    {        return PI * 4.0D * ( radius * radius );    }    public double calculateVolume()    {        return PI * 4.0D/3.0D * ( radius * radius * radius );    }    public double getRadius()    {     return radius;    }    public void setRadius(double radius)    {     this.radius = radius;    }    private double radius = 0;    private static final double PI = 3.14D;    private Cube adaptee;}

代碼清單10. MagicFinger類的源代碼。

如果讀者還記得中學的數學的話，應該可以看出，我們的指方為圓系統其實還是有道理的。它接受一個正方體， 返還此正方體的內切球，也就是能放進此正方體的最大的球。

顯然，本例子里，我們使用的是實例形式的變壓器模式。這樣做的好處是，如果一旦我們決定不僅要支持正方體， 而且要支持四面體等多面體，我們可以使用同一個MagicFinger類，而不必針對每一個多面體都建立一個MagicFinger類。 這樣也比較符合“魔術手指”這個名字。

關于模式實現的討論

本模式在實現時有以下這些值得注意的地方：

第一、目標接口可以省略。此時，目標接口和源接口實際上是相同的。 由于源是一個接口，而變壓器類是一個類（或抽象類），因此這種做法看似平庸而并不平庸， 它可以使客戶端不必實現不需要的方法。這一點已經在WindowAdapter的例子里做了詳盡的分析。

第二、變壓器類可以是抽象類。這已經在WindowAdapter的例子里看到了。實際上，WindowAdapter的例子過于簡單。 實際的情形里，你可能想給出一些實方法。

第三、帶參數的變壓器模式。使用這種辦法，變壓器類就不必，有時可能不能是源類的子類。 變壓器類根據參數返還一個合適的實例給客戶端。

問答題

第1題、請做一個小貓(kittie)的實類，并實現miao(),catchRat(),run(),sleep()等方法。 再做一個小狗(doggie)的接口，要求有wao(),fetchBall(),run(),sleep()等方法。

現在你的女朋友想要一只小狗，可是你只找到的一只小貓。請用變壓器模式把小貓“適配成”小狗， 讓你的女朋友滿意。（提示：量力而為。）

第2題、請指出第一題的解答所使用的是那一種形式的變壓器模式。

第3題、筆者在許多場合給各種不同水準的專業人士作過各種編程模式的介紹，發現參加OOP開發工作的不同時間長短的人， 對不同的模式理解接受的速度有所不同。唯獨在講過這個男朋友與小狗小貓的例子后，大家對變壓器模式的理解都很準確。 讓筆者百思不得其解。你知道這是怎樣回事嗎？

第4題、請講一講使用實例形式的變壓器模式和使用類形式的變壓器模式在第一題的解決上有何影響。

問答題答案

第1題、根據提示，我們可以量力而為。因此，我們將把miao()“適配成”wao(),catchRat()“適配成”fetchBall(), run(),sleep()不變。源代碼如下：


圖7. 男朋友小狗適配器的類圖。

package com.javapatterns.adapter.kittie2doggie;public interface Doggie{    void wao();    void fetchBall();    void run();    void sleep();    void setName(String name);    String getName();}

代碼清單11. SwingUI類的源代碼。紅色的代碼就是使用WindowAdapter的無名內部類。

package com.javapatterns.adapter.kittie2doggie;public class Kittie {    public void miao(){}    public void catchRat() {    }    public void run() {    }    public void sleep() {    }    public String getName(){ return name; }    public void setName(String name){ this.name = name; }}

代碼清單12. SwingUI類的源代碼。紅色的代碼就是使用WindowAdapter的無名內部類。

package com.javapatterns.adapter.kittie2doggie;public class Boyfriend extends Kittie implements Doggie{    public void wao()    {        this.miao();    }    public void fetchBall()    {        this.catchRat();    }    public void run()    {        super.run();    }    public void sleep()    {        super.sleep();    }    public String getName()    {        return super.getName();    }    public void setName(String name)    {     super.setName(name);    }}

代碼清單13. SwingUI類的源代碼。紅色的代碼就是使用WindowAdapter的無名內部類。

怎么，她不滿意呀？那也有辦法：把wao(),fatchBall()當作新的方法，在變壓器類中實現。由于你扮演變壓器角色， 當她調用wao(),fatchBall()方法是，你就叫一聲，或把球撿回來就可以了。

你不滿意呀？那就再去找一只真正的小狗吧。變壓器模式的威力就到此為止了。

第2題、這里使用的是類形式的變壓器模式。

第3題、我的一個學生告訴我，理解這個問題的關鍵，即男朋友必須裝小狗。

第4題、使用類形式的結果是，她一旦想要另一個寵物，她就得換一個男朋友。 使用實例形式的變壓器模式的結果是，她如果想要另一個寵物，原來的男朋友就得身兼幾種身份。