外觀模式（Facade Pattern）是一種結構型設計模式，它為復雜系統提供一個簡化的接口，隱藏系統內部的復雜性，使客戶端能夠更輕松地使用系統。這種模式通過創建一個外觀類，封裝系統內部的交互邏輯，客戶端只需與外觀類交互，而無需了解系統內部的細節。

外觀模式的核心角色

1. Facade（外觀類）：提供簡化的接口，封裝系統內部的復雜交互
2. Subsystem（子系統）：由多個類組成的復雜系統，實現具體功能
3. Client（客戶端）：通過外觀類使用系統功能，無需直接與子系統交互

C++實現示例

以下以"家庭影院系統"為例實現外觀模式，家庭影院包含投影儀、音響、播放器等多個設備（子系統），外觀類提供簡化的接口來控制整個觀影流程：

#include <iostream>
#include <string>// 子系統1：投影儀
class Projector {
public:void on() {std::cout << "投影儀開啟" << std::endl;}void off() {std::cout << "投影儀關閉" << std::endl;}void setInput(const std::string& source) {std::cout << "投影儀輸入源設置為: " << source << std::endl;}void setMode(const std::string& mode) {std::cout << "投影儀模式設置為: " << mode << std::endl;}
};// 子系統2：音響
class SoundSystem {
public:void on() {std::cout << "音響開啟" << std::endl;}void off() {std::cout << "音響關閉" << std::endl;}void setVolume(int level) {std::cout << "音響音量設置為: " << level << std::endl;}void setSurroundSound(bool enable) {std::cout << (enable ? "開啟" : "關閉") << "環繞聲" << std::endl;}
};// 子系統3：播放器
class Player {
private:std::string currentMovie;public:void on() {std::cout << "播放器開啟" << std::endl;}void off() {std::cout << "播放器關閉" << std::endl;}void loadMovie(const std::string& movie) {currentMovie = movie;std::cout << "加載電影: " << currentMovie << std::endl;}void play() {std::cout << "播放電影: " << currentMovie << std::endl;}void pause() {std::cout << "暫停播放" << std::endl;}void stop() {std::cout << "停止播放" << std::endl;}
};// 子系統4：燈光
class Lights {
public:void on() {std::cout << "燈光開啟" << std::endl;}void off() {std::cout << "燈光關閉" << std::endl;}void dim(int level) {std::cout << "燈光調暗至 " << level << "% 亮度" << std::endl;}
};// 外觀類：家庭影院外觀
class HomeTheaterFacade {
private:// 持有子系統對象的引用Projector& projector;SoundSystem& soundSystem;Player& player;Lights& lights;public:// 構造函數，接收所有子系統對象HomeTheaterFacade(Projector& p, SoundSystem& s, Player& pl, Lights& l): projector(p), soundSystem(s), player(pl), lights(l) {}// 簡化接口：準備觀影void watchMovie(const std::string& movie) {std::cout << "\n=== 準備開始觀影 ===" << std::endl;lights.dim(10);          // 調暗燈光projector.on();          // 打開投影儀projector.setInput("播放器"); // 設置輸入源projector.setMode("電影模式"); // 設置模式soundSystem.on();        // 打開音響soundSystem.setVolume(8); // 設置音量soundSystem.setSurroundSound(true); // 開啟環繞聲player.on();             // 打開播放器player.loadMovie(movie); // 加載電影player.play();           // 開始播放}// 簡化接口：暫停電影void pauseMovie() {std::cout << "\n=== 暫停觀影 ===" << std::endl;player.pause();          // 暫停播放lights.dim(50);          // 調亮一點燈光}// 簡化接口：結束觀影void endMovie() {std::cout << "\n=== 結束觀影 ===" << std::endl;lights.on();             // 打開燈光player.stop();           // 停止播放player.off();            // 關閉播放器soundSystem.off();       // 關閉音響projector.off();         // 關閉投影儀}
};// 客戶端代碼
int main() {// 創建子系統對象Projector projector;SoundSystem soundSystem;Player player;Lights lights;// 創建外觀對象HomeTheaterFacade homeTheater(projector, soundSystem, player, lights);// 客戶端通過外觀接口操作復雜系統homeTheater.watchMovie("星際穿越");// 模擬觀影過程中暫停homeTheater.pauseMovie();// 繼續播放后結束觀影homeTheater.watchMovie("星際穿越"); // 這里實際應該是繼續播放，簡化處理為重新開始homeTheater.endMovie();return 0;
}

代碼解析

1. 子系統類：Projector、SoundSystem、Player和Lights分別代表家庭影院的各個設備，每個類都有自己的操作接口，構成了復雜系統。

2. 外觀類HomeTheaterFacade：

   • 持有所有子系統對象的引用，封裝了子系統之間的交互邏輯
   • 提供了簡化的接口（watchMovie、pauseMovie、endMovie），隱藏了系統內部的復雜操作序列
   • 客戶端只需調用這些簡單接口，即可完成復雜的觀影流程

3. 客戶端交互：客戶端不需要知道各個設備的具體操作，只需通過外觀類的接口與系統交互，大大簡化了使用難度。

外觀模式的優缺點

優點：

• 簡化客戶端操作，隱藏系統內部復雜性
• 降低客戶端與子系統之間的耦合度，提高系統的獨立性
• 便于子系統的維護和擴展，符合開放-封閉原則
• 可以為不同的客戶端提供不同的外觀接口

缺點：

• 外觀類可能會變得龐大，承擔過多責任，成為"上帝類"
• 新增子系統功能時，可能需要修改外觀類，違反開放-封閉原則
• 可能限制了客戶端對系統的靈活使用（如需使用子系統的特殊功能）

適用場景

• 當系統包含多個復雜子系統，希望簡化客戶端使用時
• 當需要降低客戶端與子系統之間的耦合度時
• 當需要為一個復雜系統提供多個入口點（不同外觀）時
• 當維護遺留系統時，可通過外觀類封裝遺留代碼，供新系統調用

常見應用：

• 框架的入口類（如HttpClient封裝底層網絡操作）
• 數據庫訪問層（封裝連接、查詢、關閉等操作）
• 操作系統API封裝（如Win32 API的高層封裝）
• 第三方庫的適配層（簡化第三方庫的使用）

外觀模式與適配器模式的區別：外觀模式是為了簡化接口，而適配器模式是為了使不兼容的接口兼容；外觀模式針對的是整個系統，而適配器模式針對的是單個類或接口。