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設(shè)計(jì)模式 —— 裝飾器模式

什么是裝飾器模式通俗解釋

Component（組件接口）ConcreteComponent（具體組件）Decorator（裝飾器接口）ConcreteDecorator（具體裝飾器）裝飾器模式優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

今天我們來(lái)看一個(gè)新的設(shè)計(jì)模式——裝飾器模式。

什么是裝飾器模式

裝飾器模式（Decorator Pattern）是一種設(shè)計(jì)模式，屬于結(jié)構(gòu)型模式的范疇。它的主要目的是動(dòng)態(tài)地給一個(gè)對(duì)象添加額外的職責(zé)（功能），而不需要修改該對(duì)象的結(jié)構(gòu)。裝飾器模式通過(guò)創(chuàng)建包裝對(duì)象來(lái)包裹原始對(duì)象，這些包裝對(duì)象提供了與原始對(duì)象相同的接口，但可以在調(diào)用前后添加新的處理或責(zé)任。

裝飾器模式的組成部分包括：

Component（組件接口）：定義了所有對(duì)象共有的操作接口，無(wú)論是裝飾器還是被裝飾的對(duì)象都要實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口。ConcreteComponent（具體組件）：實(shí)現(xiàn)了Component接口的具體對(duì)象，也就是被裝飾的原始對(duì)象。Decorator（裝飾器抽象類）：持有Component的引用，定義了與Component接口一致的抽象操作，這樣裝飾器就可以替代被裝飾對(duì)象。同時(shí)，裝飾器抽象類提供了一個(gè)構(gòu)造方法，用于傳入被裝飾的對(duì)象。ConcreteDecorator（具體裝飾器）：實(shí)現(xiàn)了裝飾器抽象類，負(fù)責(zé)具體的裝飾邏輯，可以添加額外的職責(zé)或行為。

裝飾器模式的優(yōu)勢(shì)：

靈活性：可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地添加或移除對(duì)象的功能，而無(wú)需修改對(duì)象的代碼。遵循開(kāi)放封閉原則：對(duì)擴(kuò)展開(kāi)放（可以輕松添加新的裝飾器），對(duì)修改封閉（不需要改變現(xiàn)有的組件代碼）。重用性：裝飾器可以復(fù)用，而且可以組合使用，通過(guò)不同的裝飾器組合來(lái)創(chuàng)造復(fù)雜的對(duì)象行為。替代繼承：相比多層繼承，裝飾器模式提供了更靈活的替代方案來(lái)擴(kuò)展功能，減少了類的復(fù)雜度。

使用場(chǎng)景：

需要?jiǎng)討B(tài)、透明地給對(duì)象增加職責(zé)時(shí)。當(dāng)不能采用繼承達(dá)到擴(kuò)展目的，或者采用繼承會(huì)導(dǎo)致類爆炸時(shí)（繼承層次過(guò)深或過(guò)多）。當(dāng)需要為對(duì)象添加職責(zé)，但又不想硬編碼到對(duì)象中時(shí)，以保持對(duì)象的可復(fù)用性。

通俗解釋

想象一下你去一家咖啡店買咖啡?；A(chǔ)的咖啡就像是一杯簡(jiǎn)單的美式，沒(méi)有任何額外添加。裝飾器模式就像是在咖啡店中添加調(diào)料的過(guò)程。

基礎(chǔ)咖啡就像是裝飾器模式中的“被裝飾的對(duì)象”，就是那個(gè)最原始、最基本的東西，比如一杯純咖啡。

裝飾器則是那些可以往咖啡里加的東西，比如牛奶、糖、巧克力粉等。每個(gè)裝飾器都圍繞著“咖啡”這個(gè)核心，你可以選擇添加一個(gè)或多個(gè)裝飾器來(lái)定制你的咖啡。

在程序里，如果我們要給一個(gè)功能（比如基礎(chǔ)的“打印日志”功能）增加新能力，比如添加時(shí)間戳、或者改變字體顏色，而不改變?cè)镜摹按蛴∪罩尽贝a，就可以用裝飾器模式。就像是給咖啡加糖不改變咖啡本質(zhì)，但讓咖啡變甜了一樣。

所以，裝飾器模式就是一種設(shè)計(jì)方法，它允許我們?cè)诓恍薷脑紝?duì)象的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加一層層“裝飾”（附加功能）來(lái)擴(kuò)展對(duì)象的功能，就像你點(diǎn)咖啡時(shí)一層層添加各種調(diào)料，卻還是那杯咖啡，只是功能（味道）更豐富了。

Component（組件接口）

我們這里以咖啡舉例，首先我們要完成一個(gè)基礎(chǔ)的接口：

class CoffeeBase

{

public:

// 聲明為純虛函數(shù)，要求任何繼承此類的子類必須實(shí)現(xiàn)該函數(shù)

// 獲取咖啡的描述信息，如名稱、口味等

virtual std::string getDescription() const = 0;

// 聲明為純虛函數(shù)，要求任何繼承此類的子類必須實(shí)現(xiàn)該函數(shù)

// 返回咖啡的成本價(jià)格

virtual double getCost() const = 0;

// 虛析構(gòu)函數(shù)的聲明，確保通過(guò)基類指針或引用來(lái)刪除派生類對(duì)象時(shí)，

// 能夠正確調(diào)用到派生類的析構(gòu)函數(shù)，防止資源泄露

virtual ~CoffeeBase();

};

// 虛析構(gòu)函數(shù)的定義，這里是一個(gè)空的實(shí)現(xiàn)

// 對(duì)于基類CoffeeBase來(lái)說(shuō)，可能不需要在析構(gòu)函數(shù)中執(zhí)行具體操作，

// 但定義它是必要的，尤其是在有多態(tài)使用場(chǎng)景下，確保析構(gòu)鏈的完整

CoffeeBase::~CoffeeBase() {}

ConcreteComponent（具體組件）

我們提供一個(gè)具體組件，SimpleCoffee：

// 簡(jiǎn)單coffee類，繼承自CoffeeBase基類

class SimpleCoffee : public CoffeeBase

{

public:

// 重寫從基類CoffeeBase繼承的getDescription函數(shù)

// 此函數(shù)返回一個(gè)描述簡(jiǎn)單咖啡的字符串，這里是"This is a simple coffee"

std::string getDescription() const override

{

return "This is a simple coffee";

}

// 重寫從基類CoffeeBase繼承的getCost函數(shù)

// 此函數(shù)返回簡(jiǎn)單咖啡的成本價(jià)格，設(shè)定為5.0元

double getCost() const override

{

return 5.0;

}

};

Decorator（裝飾器接口）

我們還要實(shí)現(xiàn)一個(gè)裝飾器接口：

// 裝飾器基類，繼承自CoffeeBase，用于給咖啡添加額外功能或裝飾

class CoffeeDecorator : public CoffeeBase

{

protected:

// 持有一個(gè)指向CoffeeBase的指針，用于存儲(chǔ)被裝飾的咖啡對(duì)象

CoffeeBase* baseDecorator;

public:

// 構(gòu)造函數(shù)，接收一個(gè)CoffeeBase類型的指針作為參數(shù)

// 這個(gè)參數(shù)實(shí)際上是被裝飾的基礎(chǔ)咖啡實(shí)例

CoffeeDecorator(CoffeeBase* coffee)

: baseDecorator(coffee) // 初始化baseDecorator指向傳入的coffee

{

// 構(gòu)造函數(shù)體為空，初始化已經(jīng)在成員初始化列表中完成

}

// 重寫getDescription函數(shù)，委托給被裝飾的CoffeeBase對(duì)象來(lái)獲取描述

// 這樣可以保證裝飾后的咖啡描述首先展示的是原始咖啡的信息

std::string getDescription() const override

{

return baseDecorator->getDescription();

}

// 重寫getCost函數(shù)，同樣委托給被裝飾的CoffeeBase對(duì)象來(lái)計(jì)算成本

// 使得裝飾過(guò)程不影響原始咖啡成本的計(jì)算，裝飾器類可在此基礎(chǔ)上累加額外成本

double getCost() const override

{

return baseDecorator->getCost();

}

};

ConcreteDecorator（具體裝飾器）

具體裝飾器實(shí)現(xiàn)具體的功能：

// 實(shí)現(xiàn)加牛奶的裝飾器，繼承自CoffeeDecorator

class MilkAdd : public CoffeeDecorator

{

public:

// 構(gòu)造函數(shù)，接收一個(gè)CoffeeBase類型的指針，用于裝飾的原始咖啡

MilkAdd(CoffeeBase* coffee)

: CoffeeDecorator(coffee) // 通過(guò)基類構(gòu)造函數(shù)初始化基類部分，傳入被裝飾的咖啡實(shí)例

{

// 構(gòu)造函數(shù)體為空，因?yàn)槌跏蓟呀?jīng)在成員初始化列表中完成

}

// 重寫getDescription函數(shù)，在原有咖啡描述后添加" Milk"

// 表示這杯咖啡添加了牛奶

std::string getDescription() const override

{

return baseDecorator->getDescription() + " Milk";

}

// 重寫getCost函數(shù)，在原有咖啡成本基礎(chǔ)上增加3元

// 代表添加牛奶的服務(wù)費(fèi)用

double getCost() const override

{

return baseDecorator->getCost() + 3;

}

};

// 實(shí)現(xiàn)加糖的裝飾器，同樣繼承自CoffeeDecorator

class SugarAdd : public CoffeeDecorator

{

public:

// 構(gòu)造函數(shù)，接收一個(gè)CoffeeBase類型的指針，即要裝飾的咖啡

SugarAdd(CoffeeBase* coffee)

: CoffeeDecorator(coffee) // 通過(guò)基類構(gòu)造函數(shù)初始化，傳入被裝飾的咖啡實(shí)例

{

// 構(gòu)造函數(shù)體為空

}

// 重寫getDescription函數(shù)，在原有咖啡描述后追加" Sugar"

// 表明這杯咖啡添加了糖

std::string getDescription() const override

{

return baseDecorator->getDescription() + " Sugar";

}

// 重寫getCost函數(shù)，在原有咖啡成本上增加2元

// 代表加糖的額外費(fèi)用

double getCost() const override

{

return baseDecorator->getCost() + 2;

}

};

我們可以一一對(duì)應(yīng)：

這段代碼展示了裝飾器模式的各個(gè)組成部分，具體如下：

Component（組件接口）：在這個(gè)例子中，CoffeeBase類扮演了組件接口的角色。它定義了一個(gè)咖啡對(duì)象的基本操作接口，包括getDescription()用于獲取咖啡的描述和getCost()用于獲取成本價(jià)格，還有一個(gè)虛析構(gòu)函數(shù)確保通過(guò)基類指針可以安全地刪除派生類對(duì)象。ConcreteComponent（具體組件）：SimpleCoffee類是CoffeeBase的子類，代表了具體組件。它實(shí)現(xiàn)了getDescription()和getCost()，提供了基礎(chǔ)咖啡的描述和成本。Decorator（裝飾器接口）：雖然在這個(gè)實(shí)現(xiàn)中沒(méi)有顯式定義一個(gè)獨(dú)立的裝飾器接口類，但CoffeeDecorator類實(shí)際上承擔(dān)了裝飾器接口的角色。它繼承自CoffeeBase，并持有一個(gè)CoffeeBase* baseDecorator指針，通過(guò)這個(gè)指針調(diào)用基礎(chǔ)咖啡的操作，同時(shí)定義了與CoffeeBase相同的接口方法，允許裝飾器可以像咖啡一樣被操作。ConcreteDecorator（具體裝飾器）：MilkAdd和SugarAdd類是具體的裝飾器類，它們繼承自CoffeeDecorator。每個(gè)裝飾器類都在其getDescription()和getCost()方法中添加了額外的功能（例如價(jià)格和描述中的" Milk"或" Sugar"），同時(shí)調(diào)用基類的相應(yīng)方法以保持原有的功能，體現(xiàn)了裝飾器模式的“疊加”特性。

這是整體的代碼：

// 使用#pragma once指令防止頭文件被多次包含

#pragma once

// 引入iostream和string頭文件，以便進(jìn)行輸入輸出和字符串操作

#include

#include

// 定義咖啡基礎(chǔ)接口類，所有的咖啡類型都需要實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口

class CoffeeBase

{

public:

// 純虛函數(shù)，獲取咖啡的描述信息，子類必須實(shí)現(xiàn)

virtual std::string getDescription() const = 0;

// 純虛函數(shù)，獲取咖啡的成本價(jià)格，子類必須實(shí)現(xiàn)

virtual double getCost() const = 0;

// 虛析構(gòu)函數(shù)，確保通過(guò)基類指針可以正確刪除派生類對(duì)象

virtual ~CoffeeBase();

};

// 基類CoffeeBase的析構(gòu)函數(shù)定義

CoffeeBase::~CoffeeBase() {}

// 簡(jiǎn)單咖啡類，實(shí)現(xiàn)CoffeeBase接口，代表不加任何調(diào)料的原始咖啡

class SimpleCoffee : public CoffeeBase

{

public:

// 重寫getDescription函數(shù)，返回簡(jiǎn)單咖啡的描述信息

std::string getDescription() const override

{

return "This is a simple coffee";

}

// 重寫getCost函數(shù)，返回簡(jiǎn)單咖啡的成本價(jià)格

double getCost() const override

{

return 5.0;

}

};

// 裝飾器基類，繼承自CoffeeBase，用于給咖啡添加額外屬性或裝飾

class CoffeeDecorator : public CoffeeBase

{

protected:

// 持有一個(gè)指向CoffeeBase的指針，用于存儲(chǔ)被裝飾的咖啡實(shí)例

CoffeeBase* baseDecorator;

public:

// 構(gòu)造函數(shù)，接受一個(gè)CoffeeBase指針，初始化被裝飾的咖啡對(duì)象

CoffeeDecorator(CoffeeBase* coffee)

:baseDecorator(coffee)

{}

// 重寫getDescription函數(shù)，調(diào)用被裝飾咖啡的getDescription

std::string getDescription() const override

{

return baseDecorator->getDescription();

}

// 重寫getCost函數(shù)，調(diào)用被裝飾咖啡的getCost

double getCost() const override

{

return baseDecorator->getCost();

}

};

// 牛奶裝飾器類，為咖啡添加牛奶

class MilkAdd : public CoffeeDecorator

{

public:

// 構(gòu)造函數(shù)，接受一個(gè)CoffeeBase指針，用于裝飾的咖啡

MilkAdd(CoffeeBase* coffee)

:CoffeeDecorator(coffee)

{}

// 重寫getDescription，在原有描述后添加" Milk"

std::string getDescription() const override

{

return baseDecorator->getDescription() + " Milk";

}

// 重寫getCost，在原價(jià)基礎(chǔ)上增加3元（牛奶費(fèi)用）

double getCost() const override

{

return baseDecorator->getCost() + 3;

}

};

// 糖裝飾器類，為咖啡添加糖

class SugarAdd : public CoffeeDecorator

{

public:

// 構(gòu)造函數(shù)，接受一個(gè)CoffeeBase指針，用于裝飾的咖啡

SugarAdd(CoffeeBase* coffee)

: CoffeeDecorator(coffee)

{}

// 重寫getDescription，在原有描述后添加" Sugar"

std::string getDescription() const override

{

return baseDecorator->getDescription() + " Sugar";

}

// 重寫getCost，在原價(jià)基礎(chǔ)上增加2元（糖費(fèi)用）

double getCost() const override

{

return baseDecorator->getCost() + 2;

}

};

裝飾器模式優(yōu)缺點(diǎn)

裝飾器模式（Decorator Pattern）作為一種常用的設(shè)計(jì)模式，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，下面是其主要特點(diǎn)概述：

優(yōu)點(diǎn)

靈活性和可擴(kuò)展性：裝飾器模式允許在不修改原有類代碼的情況下動(dòng)態(tài)地?cái)U(kuò)展對(duì)象功能，為對(duì)象添加新的職責(zé)。這使得系統(tǒng)易于擴(kuò)展，遵循了開(kāi)閉原則。組合模式的替代：相比于通過(guò)繼承來(lái)擴(kuò)展功能，裝飾器模式提供了更靈活的選擇，可以避免類層次過(guò)深的問(wèn)題，因?yàn)檠b飾器可以按需疊加，每個(gè)裝飾器只關(guān)注添加單一功能。透明性：對(duì)于客戶端而言，裝飾過(guò)的對(duì)象和未裝飾的對(duì)象使用方式相同，因?yàn)樗鼈兌甲裱嗤慕涌?。這使得客戶端代碼可以不關(guān)心對(duì)象是否被裝飾以及如何被裝飾，提高了代碼的可讀性和可維護(hù)性。重用性：裝飾器類可以被多次使用，也可以用來(lái)裝飾不同的對(duì)象，增加了代碼的復(fù)用性。

缺點(diǎn)

過(guò)度使用導(dǎo)致復(fù)雜性：如果過(guò)度使用裝飾器，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中有很多細(xì)小的裝飾器類，這會(huì)使得類的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，難以理解與維護(hù)。調(diào)試?yán)щy：由于裝飾器層層嵌套，當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，調(diào)試和定位問(wèn)題可能變得較為復(fù)雜，特別是當(dāng)裝飾器鏈很長(zhǎng)時(shí)。性能考量：每添加一個(gè)裝飾器，就增加了一層間接調(diào)用，極端情況下可能會(huì)影響執(zhí)行效率，盡管在大多數(shù)現(xiàn)代系統(tǒng)中這通常不是主要問(wèn)題。不易理解：對(duì)于不熟悉裝飾器模式的新開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，理解裝飾器如何運(yùn)作以及如何正確使用它們可能需要時(shí)間。

總的來(lái)說(shuō)，裝飾器模式在需要?jiǎng)討B(tài)、靈活地?cái)U(kuò)展對(duì)象功能的場(chǎng)景下非常有用，但需要權(quán)衡其帶來(lái)的潛在復(fù)雜性與維護(hù)成本。合理使用可以極大提高軟件的可維護(hù)性和靈活性。

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