【设计模式】深入理解中介者模式，解耦对象之间的复杂交互，实现用户之间的消息传递，优化飞机之间的航线协调，构建高效的系统交互方式_设计模式

前言：

中介者模式是一种行为型设计模式，其核心思想是通过引入一个中介者对象来封装一组对象之间的交互。这种模式可以降低对象之间的耦合度，使得对象之间的交互更加灵活和可维护。

在现实世界中，我们经常会遇到需要协调多个对象之间交互的场景，例如聊天室中的用户之间的消息交互、飞机调度系统中飞机之间的航线调度等。这些场景中，如果对象之间的交互过于复杂，直接的交互方式可能会导致系统难以维护和扩展。而中介者模式的出现正是为了解决这些问题。

通过中介者模式，我们可以将对象之间的交互逻辑集中到中介者对象中，从而降低对象之间的直接依赖关系。这样一来，当系统需要进行修改或扩展时，只需要修改中介者对象而不影响其他对象，使得系统更加灵活和可维护。

总的来说，中介者模式可以帮助我们简化对象之间的交互，降低系统的复杂度，提高系统的可维护性和可扩展性。在实际开发中，合理地运用中介者模式可以使系统更加健壮和灵活。

一、原理及c++示例代码：

中介者模式是一种行为设计模式，它允许对象之间通过一个中介者对象进行通信，而不是直接相互引用。这可以减少对象之间的耦合性，并且使得对象之间的通信更加灵活。

在中介者模式中，中介者对象通常包含了对象之间通信所需的逻辑，并且可以处理对象之间的交互。对象之间的通信通常是通过中介者对象进行的，而不是直接相互引用。

下面是一个简单的c++示例代码，演示了中介者模式的实现：

#include <iostream>
#include <string>

class mediator;

class colleague {
public:
    virtual void sendmessage(const std::string& message) = 0;
    virtual void receivemessage(const std::string& message) = 0;
    virtual void setmediator(mediator* mediator) = 0;
};

class concretecolleague : public colleague {
public:
    void sendmessage(const std::string& message) override {
        mediator_->sendmessage(message, this);
    }

    void receivemessage(const std::string& message) override {
        std::cout << "received message: " << message << std::endl;
    }

    void setmediator(mediator* mediator) override {
        mediator_ = mediator;
    }

private:
    mediator* mediator_;
};

class mediator {
public:
    void addcolleague(colleague* colleague) {
        colleagues_.push_back(colleague);
    }

    void sendmessage(const std::string& message, colleague* sender) {
        for (auto colleague : colleagues_) {
            if (colleague != sender) {
                colleague->receivemessage(message);
            }
        }
    }

private:
    std::vector<colleague*> colleagues_;
};

int main() {
    mediator mediator;
    concretecolleague colleague1;
    concretecolleague colleague2;

    colleague1.setmediator(&mediator);
    colleague2.setmediator(&mediator);

    mediator.addcolleague(&colleague1);
    mediator.addcolleague(&colleague2);

    colleague1.sendmessage("hello, colleague2!");
    colleague2.sendmessage("hi, colleague1!");

    return 0;
}

在上面的示例中，colleague 是同事类的抽象基类，concretecolleague 是具体的同事类，mediator 是中介者类。同事类通过中介者对象进行通信，而不是直接相互引用。这样可以减少对象之间的耦合性，并且使得对象之间的通信更加灵活。

二、结构图

中介者模式的结构图包括以下几个要素：

mediator（中介者）：中介者是一个接口或抽象类，它定义了同事对象之间通信的方法。
concretemediator（具体中介者）：具体中介者是中介者的实现类，它包含了同事对象之间通信的具体逻辑。
colleague（同事）：同事是指需要进行通信的对象，它们通过中介者进行通信而不是直接相互引用。
concretecolleague（具体同事）：具体同事是同事的实现类，它实现了同事接口，并且包含了需要与其他同事对象进行通信的具体逻辑。

下面是中介者模式的结构图示例：

  +-----------------+          +-----------------+
  |   colleague    |          |   colleague    |
  +-----------------+          +-----------------+
         /|\                         /|\
          |                           |
          |                           |
          |                           |
+---------------------+   +---------------------+
| concretecolleague  |   | concretecolleague  |
+---------------------+   +---------------------+
          |                           |
          |                           |
          |                           |
  +-----------------+          +-----------------+
  |    mediator     |          |    mediator     |
  +-----------------+          +-----------------+
         /|\                         /|\
          |                           |
          |                           |
          |                           |
  +-----------------+          +-----------------+
  | concretemediator|          | concretemediator|
  +-----------------+          +-----------------+

在上面的结构图中，colleague 表示同事的接口或抽象类，concretecolleague 表示具体的同事类；mediator 表示中介者的接口或抽象类，concretemediator 表示具体的中介者类。同事对象通过中介者对象进行通信，而不是直接相互引用，这样可以减少对象之间的耦合性。

三、使用场景

中介者模式通常适用于以下场景：

当一个系统中对象之间的交互比较复杂，导致对象之间的耦合度较高时，可以考虑使用中介者模式来简化对象之间的通信。
当一个对象需要与多个其他对象进行通信，但是直接与这些对象进行交互会导致系统过于复杂时，可以使用中介者模式来集中管理对象之间的通信。
当对象之间的交互需要进行扩展和修改时，中介者模式可以使得修改和扩展更加灵活，因为所有的通信逻辑都集中在中介者中。
当对象之间的通信导致循环依赖或者大量的逻辑交织在一起时，可以使用中介者模式来简化对象之间的关系，减少耦合度。
在图形界面应用程序中，中介者模式常常用于管理界面元素之间的交互，例如按钮、文本框、下拉框等组件之间的通信。

总之，中介者模式适用于需要简化对象之间通信关系、降低耦合度、集中管理对象交互逻辑的情况。

具体场景代码：

假设有一个简单的聊天室程序，其中多个用户（colleague）可以通过中介者（mediator）进行消息的发送和接收。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

class mediator;

// 抽象同事类
class colleague {
public:
    virtual void sendmessage(const std::string& message) = 0;
    virtual void receivemessage(const std::string& message) = 0;
    virtual void setmediator(mediator* mediator) = 0;
};

// 具体同事类
class concretecolleague : public colleague {
public:
    concretecolleague(const std::string& name) : name(name), mediator(nullptr) {}

    void sendmessage(const std::string& message) override {
        mediator->sendmessage(this, message);
    }

    void receivemessage(const std::string& message) override {
        std::cout << name << " received: " << message << std::endl;
    }

    void setmediator(mediator* mediator) override {
        this->mediator = mediator;
    }

private:
    std::string name;
    mediator* mediator;
};

// 抽象中介者类
class mediator {
public:
    virtual void sendmessage(colleague* colleague, const std::string& message) = 0;
    virtual void addcolleague(colleague* colleague) = 0;
};

// 具体中介者类
class concretemediator : public mediator {
public:
    void sendmessage(colleague* colleague, const std::string& message) override {
        for (auto c : colleagues) {
            if (c != colleague) {
                c->receivemessage(message);
            }
        }
    }

    void addcolleague(colleague* colleague) override {
        colleagues.push_back(colleague);
    }

private:
    std::vector<colleague*> colleagues;
};

int main() {
    concretemediator mediator;
    concretecolleague colleague1("alice");
    concretecolleague colleague2("bob");

    colleague1.setmediator(&mediator);
    colleague2.setmediator(&mediator);

    mediator.addcolleague(&colleague1);
    mediator.addcolleague(&colleague2);

    colleague1.sendmessage("hello, bob!");
    colleague2.sendmessage("hi, alice!");

    return 0;
}

在上面的示例中，concretecolleague 表示具体的同事类，concretemediator 表示具体的中介者类。同事对象通过中介者对象进行通信，而不是直接相互引用。在 main 函数中，创建了一个中介者对象和两个同事对象，然后通过中介者对象进行消息的发送和接收。

假设有一个简单的飞机交通管制系统，多架飞机（colleague）需要通过中介者（mediator）进行通信和协调飞行。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

class mediator;

// 抽象飞机类
class aircraft {
public:
    virtual void requesttakeoff() = 0;
    virtual void receivepermission() = 0;
    virtual void setmediator(mediator* mediator) = 0;
};

// 具体飞机类
class concreteaircraft : public aircraft {
public:
    concreteaircraft(const std::string& name) : name(name), mediator(nullptr) {}

    void requesttakeoff() override {
        mediator->requesttakeoff(this);
    }

    void receivepermission() override {
        std::cout << name << " has received permission to take off." << std::endl;
    }

    void setmediator(mediator* mediator) override {
        this->mediator = mediator;
    }

private:
    std::string name;
    mediator* mediator;
};

// 抽象中介者类
class mediator {
public:
    virtual void requesttakeoff(aircraft* aircraft) = 0;
    virtual void grantpermission() = 0;
};

// 具体中介者类
class airtrafficcontrol : public mediator {
public:
    void requesttakeoff(aircraft* aircraft) override {
        pendingaircraft.push_back(aircraft);
        grantpermission();
    }

    void grantpermission() override {
        if (!pendingaircraft.empty()) {
            pendingaircraft.front()->receivepermission();
            pendingaircraft.erase(pendingaircraft.begin());
        }
    }

private:
    std::vector<aircraft*> pendingaircraft;
};

int main() {
    airtrafficcontrol mediator;
    concreteaircraft aircraft1("flight 001");
    concreteaircraft aircraft2("flight 002");

    aircraft1.setmediator(&mediator);
    aircraft2.setmediator(&mediator);

    aircraft1.requesttakeoff();
    aircraft2.requesttakeoff();

    return 0;
}

在上面的示例中，concreteaircraft 表示具体的飞机类，airtrafficcontrol 表示具体的中介者类。飞机对象通过中介者对象进行请求起飞，中介者会进行协调并向飞机发放起飞许可。在 main 函数中，创建了一个中介者对象和两个飞机对象，然后通过中介者对象进行起飞请求和许可的处理。

四、优缺点

中介者模式的优点包括：

减少了对象之间的直接通信，将复杂的交互逻辑集中在中介者中，降低了对象之间的耦合度，使得系统更易于维护和扩展。
可以简化对象之间的交互，因为对象无需了解其他对象的详细信息，只需要与中介者进行通信即可。
提高了系统的可复用性和灵活性，因为中介者模式将交互逻辑集中在一个地方，当需要修改或扩展交互逻辑时，只需修改中介者而无需修改各个同事类。

中介者模式的缺点包括：

中介者可能会变得过于复杂，因为所有的交互逻辑都集中在中介者中，可能会导致中介者变得庞大和难以维护。
中介者模式可能会导致性能问题，因为所有的通信都需要经过中介者进行处理，可能会增加系统的负担。

在设计中介者模式时，需要权衡对象之间的交互复杂性和中介者的复杂性，以及对性能的影响，从而选择合适的设计方案。

五、常见的10个面试题：

当面试官提出关于中介者模式的问题时，你可能会遇到以下一些常见的问题，以及相应的答案解析：

问题：什么是中介者模式？答案解析：中介者模式是一种行为型设计模式，它通过引入一个中介者对象来封装一组对象之间的交互，从而降低对象之间的耦合度，使得对象之间的交互更加灵活和可维护。
问题：中介者模式的结构包括哪些角色？答案解析：中介者模式包括中介者（mediator）、具体中介者（concretemediator）、同事（colleague）和具体同事（concretecolleague）等角色。
问题：中介者模式的优点有哪些？答案解析：中介者模式的优点包括降低对象之间的耦合度、简化对象之间的交互、提高系统的可维护性和可扩展性等。
问题：中介者模式的缺点有哪些？答案解析：中介者模式可能会导致中介者对象过于复杂、性能问题等。
问题：中介者模式和观察者模式有何区别？答案解析：中介者模式和观察者模式都是用于对象之间的通信，但中介者模式是通过中介者对象来进行通信，而观察者模式是通过观察者和被观察者之间的订阅-发布机制来进行通信。
问题：中介者模式在实际项目中的应用场景有哪些？答案解析：中介者模式适用于系统中对象之间的交互较为复杂的场景，例如聊天室、飞机调度系统等。
问题：中介者模式和代理模式有何区别？答案解析：中介者模式是用于对象之间的通信，而代理模式是用于控制对对象的访问。
问题：中介者模式和策略模式有何区别？答案解析：中介者模式是用于对象之间的通信，而策略模式是用于封装可互换的算法。
问题：中介者模式如何解决对象之间的循环依赖问题？答案解析：中介者模式通过引入中介者对象来解耦对象之间的直接依赖关系，从而避免循环依赖的问题。
问题：在中介者模式中，同事对象如何与中介者进行通信？答案解析：同事对象通过中介者提供的接口来发送消息，中介者将消息传递给其他同事对象，从而实现对象之间的通信。