#7. [디자인 패턴-구조 패턴] Bridge

Bridge는 추상과 구현을 분리하여, 종속적인 부분을 느슨하게 만들어 주거나, 구현을 다형적으로 만들 수 있게 합니다.

설명

추상화는 공통적인 일반 개념을 만드는 작업입니다. 이를 잘 설계하면, 재활용성이 높아지고, 특정 문제들을 해결하는데 있어서 공통된 접근을 하기 때문에 고민할 것들이 줄어듭니다.

Bridge는 추상화와 이의 구체화를 분리하는 것인데요, 코드간 종속성을 해결하고, 구체화를 다형적으로 만들 수 있어 확장성을 제공해 줍니다. 대부분의 디자인 패턴에서 근간이 되는 구조라고도 할 수 있겠습니다.(Abstract Factory, Builder, Adapter, Decorator, Proxy, State, Strategy 등)

간단하게는 PImpl 이디엄도 Bridge라 할 수 있습니다. 추상과 구현을 분리해서 코드간의 종속성이나 컴파일 종속성을 최소화 해줍니다.

다음 그림에서 Client는 MyClass에만 종속되어 있기 때문에, 구현부인 MyClassImpl이 수정되더라도 새롭게 컴파일할 필요가 없어집니다.

복잡하게는 구현부를 추상 클래스로 만들어 다형적으로 동작하게 할 수 있습니다. 이때에는 m_Impl을 런타임에 교체할 수도 있어 확장성이 좋아집니다.

다음 그림에서 Client는 추상부인 Abstraction만 이용합니다. Client 코드는 Abstraction의 Implementor가 내부적으로 ConcreteImplementorA로 변경되던 ConcreteImplementorB로 변경되던 아무런 영향을 받지 않으며, 설정된 Implementor에 따라 다형적으로 동작하게 됩니다.

항목	내용
Abstraction	추상부 입니다.
Implementor	구현부 입니다. 구현부를 추상 클래스로 만들어 다형적으로 확장할 수 있습니다.
ConcreteImplementorA, ConcreteImplementorB	Implementor를 구체화한 개체입니다.
Client	Abstraction을 사용하는 개체입니다. Implementor는 Client로부터 완전히 은닉되어 코드간의 종속성이 없습니다.

특징

구현부를 은닉하여 코드간의 종속성이나 컴파일 종속성을 최소화 할 수 있으며, 구현부를 추상 클래스로 만들어 런타임 다형성을 구현할 수 있습니다.

예제

렌더링 엔진은 운영체제에 따라 다를 수 있고, 선호하는 방식에 따라 다를 수도 있습니다.(예를 들어 Windows 에서도 GDI, GDI+, WPF가 번갈아 사용될 수도 있습니다.)

이런 경우 다음처럼 렌더링을 할때마다 조건 검사를 하면,

void Draw() {
    if (IsGDI()) {
        //...
    }
    else {
        // ...
    }
}

조건 검사 코드가 여기저기 흩어져 많이 지저분해질 수 있고, 본연의 출력 로직 개발에 방해가 될 수 있습니다. 코드 냄새도 나고요.

이런 경우 Bridge를 이용하여 추상부인 Render와 구현부인 RenderImpl을 나누면 좀더 간결하게 문제를 해결할 수 있습니다.

전체적인 구조는 다음과 같습니다.

1. Rectangle은 추상화된 Render만 사용하며, RenderImpl에 독립적입니다.
2. RenderImpl은 GDI 버전과 WPF 버전이 있으며, Render::SetImpl() 함수로 런타임에 설정할 수 있습니다.
3. 외부에서 GDI와 WPF를 결정해서 전달해 주므로, Rectangle은 GDI인지, WPF인지 고민없이 본연의 출력 로직에만 집중하여 작성하면 됩니다.

다음은 Rectangle을 Draw()하는 예입니다. GDIRenderImpl을 사용하던, WPFRenderImpl을 사용하던, Rentangle의 Draw()에서는 아무런 조건 검사가 필요 없습니다.

1. #1 : Render 추상부 입니다. 출력에 필요한 기본적인 함수들을 추상화합니다.
2. #2 : RenderImpl과의 컴파일 종속성을 없애기 위해 Render의 선언과 정의를 분리했습니다.
3. #3 : RenderImpl은 Render에서 필요로 하는 인터페이스 함수들을 제공합니다.
4. #4 : RenderImpl을 GDI 또는 WPF로 구체화합니다.
5. #5 : SetImpl()함수로 구현부를 런타임에 변경할 수 있습니다.
6. #6 : Rectangle(Client)에서는 어떤 렌더링 엔진을 사용하는지 고민하지 않고 본연의 드로잉 코드만 작성하면 됩니다.

class RenderImpl; // #2

// ----
// #1. 추상부 입니다. m_Impl을 이용합니다.
// ----
class Render {
    std::unique_ptr<RenderImpl> m_Impl;
public:
    explicit Render(std::unique_ptr<RenderImpl> impl) : m_Impl{std::move(impl)} {
        assert(m_Impl);
    }
private:
    Render(const Render&) = delete; 
    Render(Render&&) = delete; 
    Render& operator =(const Render&) = delete; 
    Render& operator =(Render&&) = delete;   
public:
    // #5. 구현부를 변경합니다.
    void SetImpl(std::unique_ptr<RenderImpl> impl) { 
        assert(impl);
        m_Impl = std::move(impl);
    }

    // #2. RenderImpl에 컴파일 종속성이 있어 선언과 정의를 분리했습니다. 
    void DrawLine(int x1, int y1, int x2, int y2);
    void DrawImage(int l, int t, const char* filename);
};

// ----
// Client 입니다. 추상부인 Render만 사용하며, RenderImpl에 독립적입니다.
// ----
class Rectangle {
    int m_Left;
    int m_Top;
    int m_Width;
    int m_Height;
public:
    Rectangle(int l, int t, int w, int h) : m_Left{l}, m_Top{t}, m_Width{w}, m_Height{h} {}

        // #6. 어떤 렌더링 엔진을 사용하는지 고민하지 않고 본연의 드로잉 코드만 작성합니다.
    void Draw(Render& render) const { 
        int right{m_Left + m_Width};
        int bottom{m_Top + m_Height};

        render.DrawLine(m_Left, m_Top, right, m_Top);
        render.DrawLine(right, m_Top, right, bottom);
        render.DrawLine(right, bottom, m_Left, bottom);
        render.DrawLine(m_Left, bottom, m_Left, m_Top);
    }
};
// ----
// #3. 구현부의 추상 클래스입니다.
// ----
class RenderImpl {
protected:
    RenderImpl() = default; // 다형 소멸을 제공하는 추상 클래스. 상속해서만 사용하도록 protected    
public:
    virtual ~RenderImpl() = default; // 다형 소멸 하도록 public virtual
private:
    RenderImpl(const RenderImpl&) = delete; 
    RenderImpl(RenderImpl&&) = delete; 
    RenderImpl& operator =(const RenderImpl&) = delete; 
    RenderImpl& operator =(RenderImpl&&) = delete;   
public:
    virtual void DrawLineImpl(int x1, int y1, int x2, int y2) = 0;
    virtual void DrawImageImpl(int l, int t, const char* filename) = 0;
};

// ----
// #2. Render 정의부입니다. RenderImpl에 컴파일 종속성이 있어 선언과 정의를 분리했습니다. 
// ----
void Render::DrawLine(int x1, int y1, int x2, int y2) {
    assert(m_Impl);
    m_Impl->DrawLineImpl(x1, y1, x2, y2);
}
void Render::DrawImage(int l, int t, const char* filename) {
    assert(m_Impl);
    m_Impl->DrawImageImpl(l, t, filename);
}

// ----
// #4. RenderImpl의 실제 구현부 입니다.
// ----
class GDIRenderImpl : public RenderImpl {
public:
    virtual void DrawLineImpl(int x1, int y1, int x2, int y2) override {
        std::cout << "GDIRenderImpl::DrawLineImpl()" << std::endl;
    }
    virtual void DrawImageImpl(int l, int t, const char* filename) override {
        std::cout << "GDIRenderImpl::DrawImageImpl()" << std::endl;
    }
};
class WPFRenderImpl : public RenderImpl {
public:
    virtual void DrawLineImpl(int x1, int y1, int x2, int y2) override {
        std::cout << "WPFRenderImpl::DrawLineImpl()" << std::endl;
    }
    virtual void DrawImageImpl(int l, int t, const char* filename) override {
        std::cout << "WPFRenderImpl::DrawImageImpl()" << std::endl;
    }
};

// ----
// 테스트 코드
// ----        
Render render{std::unique_ptr<RenderImpl>{new GDIRenderImpl{}}};
Rectangle rect{0, 0, 10, 20};

// GDIRenderImpl로 실행합니다.
rect.Draw(render);

// #5. 런타임에 구현부를 WPFRenderImpl로 변경하여 실행할 수 있습니다.
render.SetImpl(std::unique_ptr<RenderImpl>{new WPFRenderImpl{}}); 
rect.Draw(render);