设计模式之装饰模式(Decorator)

代码乌龟

676人浏览 · 2022-04-30 10:59:43

代码乌龟 · 2022-04-30 10:59:43 发布

前言

在学习侯捷老师的有关设计模式的课程(李建忠老师主讲)中，老师对23种设计模式的有自己的划分，如下。所以老师讲解是按照这种顺序讲解。
在这里插入图片描述
单一职责：

Decorator设计模式

解决的问题

在某些情况下我们可能会“过度地使用继承来扩展对象的功能”，由于继承为类型引入的静态特质（多态就是动态），使得这种扩展方式缺乏灵活性；并且随着子类的增多（扩展功能的增多），各种子类的组合（扩展功能的组合）会导致更多子类的膨胀。

如下所示，我们有文件流、网络流和内存流3种，都有流需要的read、seek和write操作。

//业务操作
class Stream{
public:
	virtual void Read(int number) = 0;
	virtual void Seek(int position) = 0;
	virtual void Write(char data) = 0;

	virtual ~Stream(){}
};

//主体类
class FileStream : public Stream{
public:
	virtual void Read(int number){
		//读文件流
		cout << "FileStream read" << endl;
	}
	virtual void Seek(int position){
		//定位文件流
		cout << "FileStream seak" << endl;
	}
	virtual void Write(char data){
		//写文件流
		cout << "FileStream write" << endl;
	}
};

class NetworkStream :public Stream{
public:
	virtual void Read(int number){
		//读网络流
		cout << "NetworkStream read" << endl;
	}
	virtual void Seek(int position){
		//定位网络流
		cout << "NetworkStream seak" << endl;
	}
	virtual void Write(char data){
		//写网络流
		cout << "NetworkStream write" << endl;
	}

};

class MemoryStream :public Stream{
public:
	virtual void Read(int number){
		//读网络流
		cout << "MemoryStream read" << endl;
	}
	virtual void Seek(int position){
		//定位网络流
		cout << "MemoryStream seak" << endl;
	}
	virtual void Write(char data){
		//写网络流
		cout << "MemoryStream write" << endl;
	}

};

现在我们需要扩展一下3种流操作，比如说，在read、seek和write操作时加密，或者是加入缓冲，或者是加密+缓冲。
那么我们很容易会想到用继承的方式实现，如下：

//扩展操作：加密
class CryptoFileStream :public FileStream{
public:
	virtual void Read(int number){

		//额外的加密操作...
		cout << endl << "加密!" << endl;
		FileStream::Read(number);//读文件流

	}
	virtual void Seek(int position){
		//额外的加密操作...
		cout << endl << "加密!" << endl;
		FileStream::Seek(position);//定位文件流
		//额外的加密操作...
	}
	virtual void Write(char data){
		//额外的加密操作...
		cout << endl << "加密!" << endl;
		FileStream::Write(data);//写文件流
		//额外的加密操作...
	}
};

class CryptoNetworkStream : public NetworkStream{
public:
	virtual void Read(int number){

		//额外的加密操作...
		cout << endl << "加密!" << endl;
		NetworkStream::Read(number);//读网络流
	}
	virtual void Seek(int position){
		//额外的加密操作...
		cout << endl << "加密!" << endl;
		NetworkStream::Seek(position);//定位网络流
		//额外的加密操作...
	}
	virtual void Write(char data){
		//额外的加密操作...
		cout << endl << "加密!" << endl;
		NetworkStream::Write(data);//写网络流
		//额外的加密操作...
	}
};

class CryptoMemoryStream : public MemoryStream{
public:
	virtual void Read(int number){

		//额外的加密操作...
		cout << endl << "加密!" << endl;
		MemoryStream::Read(number);//读内存流
	}
	virtual void Seek(int position){
		//额外的加密操作...
		cout << endl << "加密!" << endl;
		MemoryStream::Seek(position);//定位内存流
		//额外的加密操作...
	}
	virtual void Write(char data){
		//额外的加密操作...
		cout << endl << "加密!" << endl;
		MemoryStream::Write(data);//写内存流
		//额外的加密操作...
	}
};
//扩展操作：加缓冲
class BufferedFileStream : public FileStream{
	//...
};

class BufferedNetworkStream : public NetworkStream{
	//...
};

class BufferedMemoryStream : public MemoryStream{
	//...
};

//扩展操作：加密+缓冲
class CryptoBufferedFileStream : public FileStream{
public:
	virtual void Read(int number){

		//额外的加密操作...
		//额外的缓冲操作...
		cout << endl << "加密!" << endl;
		cout << "缓冲!" << endl;
		FileStream::Read(number);//读文件流
	}
	virtual void Seek(int position){
		//额外的加密操作...
		//额外的缓冲操作...
		cout << endl << "加密!" << endl;
		cout << "缓冲!" << endl;
		FileStream::Seek(position);//定位文件流
		//额外的加密操作...
		//额外的缓冲操作...
	}
	virtual void Write(char data){
		//额外的加密操作...
		//额外的缓冲操作...
		cout << endl << "加密!" << endl;
		cout << "缓冲!" << endl;
		FileStream::Write(data);//写文件流
		//额外的加密操作...
		//额外的缓冲操作...
	}
};
/*网络和内存的加密+缓冲类似，略*/

示例图如下：
在这里插入图片描述

可以想象，通过这种继承的方式，以后再扩展其他的功能，子类会多么臃肿。

需要解决的问题：

使“对象功能的扩展”能够根据需要来动态地实现
避免“扩展功能的增多”带来的子类膨胀问题，从而使得任何“功能扩展变化”所导致的影响将为最低

案例：流操作的扩展

在上述例子的例子中，由于对FileStream NetworkStream MemoryStream这3种流对read操作的加密的方式完全一样，所以有很多相同的代码。可以做如下修改

通过多态的方式调用read。不用继承的方式，使用组合的方式：加一个父类指针数据成员Stream* stream。
因为我们还需要覆写read方法，所以还是要继承Stream类。

这样，我们就可以将3个流FileStream NetworkStream MemoryStream的加密扩展写成一个，如下：

class CryptoStream : public Stream//为了overide需要扩展的方法
{
	Stream* stream;//获得需要扩展的主体类：FileStream  NetworkStream  MemoryStream
public:
	CryptoStream(Stream* _stream) :stream(_stream){}

	virtual void Read(int number){
			//加密：
		cout << "加密" << endl;
		stream->Read(number);
	}

	virtual void Seek(int position){
		cout << "加密" << endl;
		stream->Seek(position);

	}
	virtual void Write(char data){
		cout << "加密" << endl;
		stream->Write(data);
	}
};

同理，缓冲如下：

class BufferedStream : public Stream//为了overide需要扩展的方法
{
	Stream* stream;//获得需要扩展的主体类：FileStream  NetworkStream  MemoryStream
public:
	BufferedStream(Stream* _stream) :stream(_stream){}

	virtual void Read(int number){
		//缓冲：
		cout << "缓冲" << endl;
		stream->Read(number);
	}

	virtual void Seek(int position){
		cout << "缓冲" << endl;
		stream->Seek(position);

	}
	virtual void Write(char data){
		cout << "缓冲" << endl;
		stream->Write(data);
	}
};

完整的示例：

#include <iostream>
using namespace std;

//业务操作
class Stream{
public:
	virtual void Read(int number) = 0;
	virtual void Seek(int position) = 0;
	virtual void Write(char data) = 0;

	virtual ~Stream(){}
};

//主体类
class FileStream : public Stream{
public:
	virtual void Read(int number){
		//读文件流
		cout << "FileStream read" << endl;
	}
	virtual void Seek(int position){
		//定位文件流
		cout << "FileStream seak" << endl;
	}
	virtual void Write(char data){
		//写文件流
		cout << "FileStream write" << endl;
	}
};

class NetworkStream :public Stream{
public:
	virtual void Read(int number){
		//读网络流
		cout << "NetworkStream read" << endl;
	}
	virtual void Seek(int position){
		//定位网络流
		cout << "NetworkStream seak" << endl;
	}
	virtual void Write(char data){
		//写网络流
		cout << "NetworkStream write" << endl;
	}

};

class MemoryStream :public Stream{
public:
	virtual void Read(int number){
		//读网络流
		cout << "MemoryStream read" << endl;
	}
	virtual void Seek(int position){
		//定位网络流
		cout << "MemoryStream seak" << endl;
	}
	virtual void Write(char data){
		//写网络流
		cout << "MemoryStream write" << endl;
	}

};
//加密扩展
class CryptoStream : public Stream//为了overide需要扩展的方法
{
	Stream* stream;//获得需要扩展的主体类：FileStream  NetworkStream  MemoryStream
public:
	CryptoStream(Stream* _stream) :stream(_stream){}

	virtual void Read(int number){
			//加密：
		cout << "加密" << endl;
		stream->Read(number);
	}

	virtual void Seek(int position){
		cout << "加密" << endl;
		stream->Seek(position);

	}
	virtual void Write(char data){
		cout << "加密" << endl;
		stream->Write(data);
	}
};
//缓冲扩展
class BufferedStream : public Stream//为了overide需要扩展的方法
{
	Stream* stream;//获得需要扩展的主体类：FileStream  NetworkStream  MemoryStream
public:
	BufferedStream(Stream* _stream) :stream(_stream){}

	virtual void Read(int number){
		//缓冲：
		cout << "缓冲" << endl;
		stream->Read(number);
	}

	virtual void Seek(int position){
		cout << "缓冲" << endl;
		stream->Seek(position);
	}
	virtual void Write(char data){
		cout << "缓冲" << endl;
		stream->Write(data);
	}
};

int main()
{
	//文件流read
	FileStream *fs1 = new FileStream;
	fs1->Read(10);
	//文件流read+加密
	CryptoStream* crp = new CryptoStream(fs1);
	crp->Read(10);
	//文件流read+缓冲
	BufferedStream* bs = new BufferedStream(fs1);
	bs->Read(10);
	//文件流read+缓冲+加密
	BufferedStream* bs2 = new BufferedStream(crp);
	bs2->Read(10);

	system("pause");
	return 0;
}

在上述例子中，其实也可以把BufferedStream CryptoStream 相同的数据成员Stream* stream提出来，如下，添加一个DecoratorStream 类

class DecoratorStream : public Stream//为了overide需要扩展的方法
{
protected:
	Stream* stream;//获得需要扩展的主体类：FileStream  NetworkStream  MemoryStream
	DecoratorStream(Stream* _stream) :stream(_stream){}
};


//加密扩展
class CryptoStream : public DecoratorStream
{

public:
	CryptoStream(Stream* _stream) :DecoratorStream(_stream){}

	virtual void Read(int number){
		//加密：
		cout << "加密" << endl;
		stream->Read(number);
	}

	virtual void Seek(int position){
		cout << "加密" << endl;
		stream->Seek(position);

	}
	virtual void Write(char data){
		cout << "加密" << endl;
		stream->Write(data);
	}
};
//缓冲扩展
class BufferedStream : public DecoratorStream
{
public:
	BufferedStream(Stream* _stream) :DecoratorStream(_stream){}

	virtual void Read(int number){
		//缓冲：
		cout << "缓冲" << endl;
		stream->Read(number);
	}

	virtual void Seek(int position){
		cout << "缓冲" << endl;
		stream->Seek(position);
	}
	virtual void Write(char data){
		cout << "缓冲" << endl;
		stream->Write(data);
	}
};

模式定义

在这里插入图片描述

这里的额外的职责就像BufferedStream CryptoStream

结构

在这里插入图片描述
注：这里的ConcretreDecoratorA和ConcretreDecoratorB的addedState()和AddedBehavier()就是扩展功能的函数，比如例子中的加密或缓冲就可以写在这个成员函数里面。

要点总结

通过采用组合而非继承的手法， Decorator模式实现了在运行时动态扩展对象功能（比如说例子中的stream->Read(number)，在编译时，你无法确定是调用FileStream还是NetworkStream还是MemoryStream的read）的能力，而且可以根据需要扩展多个功能。避免了使用继承带来的“灵活性差”和“多子类衍生问题”。
Decorator类在接口上表现为is-a Component的继承关系，即Decorator类继承了Component类所具有的接口。但在实现上又表现为has-a Component的组合关系，即Decorator类又使用了另外一个Component类。(这是装饰模式的标志，就像例子中一样，即继承Stream类，又有数据成员Stream* stream )
Decorator模式的目的并非解决“多子类衍生的多继承”问题，Decorator模式应用的要点在于解决“主体类在多个方向上的扩展功能”(比如例子中的read操作扩展加密操作)——是为“装饰”的含义。

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