[设计模式] 设计模式课程（五）--装饰模式

场景

• “单一职责”模式
• 动机：某些情况下会“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，使得这种扩展方式缺乏灵活性，并且随着子类的增多，各种子类的组合会导致更多子类的膨胀
• 如何使“对象功能的扩展”能够根据需要来动态地实现？同时避免“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”所导致的影响降为最低？
• 如果责任划分不清晰，使用继承得到的结果往往是随着需求的变化，子类急剧膨胀，同时充斥着重复代码，这时的关键是划分责任

 

decorator1.cpp

  1 //业务操作
  2 class Stream{
  3 public：
  4     virtual char Read(int number)=0;
  5     virtual void Seek(int position)=0;
  6     virtual void Write(char data)=0;
  7     
  8     virtual ~Stream(){}
  9 };
 10 
 11 //主体类
 12 class FileStream: public Stream{
 13 public:
 14     virtual char Read(int number){
 15         //读文件流
 16     }
 17     virtual void Seek(int position){
 18         //定位文件流
 19     }
 20     virtual void Write(char data){
 21         //写文件流
 22     }
 23 
 24 };
 25 
 26 class NetworkStream :public Stream{
 27 public:
 28     virtual char Read(int number){
 29         //读网络流
 30     }
 31     virtual void Seek(int position){
 32         //定位网络流
 33     }
 34     virtual void Write(char data){
 35         //写网络流
 36     }
 37     
 38 };
 39 
 40 class MemoryStream :public Stream{
 41 public:
 42     virtual char Read(int number){
 43         //读内存流
 44     }
 45     virtual void Seek(int position){
 46         //定位内存流
 47     }
 48     virtual void Write(char data){
 49         //写内存流
 50     }
 51     
 52 };
 53 
 54 //扩展操作
 55 class CryptoFileStream :public FileStream{
 56 public:
 57     virtual char Read(int number){
 58        
 59         //额外的加密操作...
 60         FileStream::Read(number);//读文件流
 61         
 62     }
 63     virtual void Seek(int position){
 64         //额外的加密操作...
 65         FileStream::Seek(position);//定位文件流
 66         //额外的加密操作...
 67     }
 68     virtual void Write(byte data){
 69         //额外的加密操作...
 70         FileStream::Write(data);//写文件流
 71         //额外的加密操作...
 72     }
 73 };
 74 
 75 class CryptoNetworkStream : :public NetworkStream{
 76 public:
 77     virtual char Read(int number){
 78         
 79         //额外的加密操作...
 80         NetworkStream::Read(number);//读网络流
 81     }
 82     virtual void Seek(int position){
 83         //额外的加密操作...
 84         NetworkStream::Seek(position);//定位网络流
 85         //额外的加密操作...
 86     }
 87     virtual void Write(byte data){
 88         //额外的加密操作...
 89         NetworkStream::Write(data);//写网络流
 90         //额外的加密操作...
 91     }
 92 };
 93 
 94 class CryptoMemoryStream : public MemoryStream{
 95 public:
 96     virtual char Read(int number){
 97         
 98         //额外的加密操作...
 99         MemoryStream::Read(number);//读内存流
100     }
101     virtual void Seek(int position){
102         //额外的加密操作...
103         MemoryStream::Seek(position);//定位内存流
104         //额外的加密操作...
105     }
106     virtual void Write(byte data){
107         //额外的加密操作...
108         MemoryStream::Write(data);//写内存流
109         //额外的加密操作...
110     }
111 };
112 
113 class BufferedFileStream : public FileStream{
114     //...
115 };
116 
117 class BufferedNetworkStream : public NetworkStream{
118     //...
119 };
120 
121 class BufferedMemoryStream : public MemoryStream{
122     //...
123 }
124 
125 class CryptoBufferedFileStream :public FileStream{
126 public:
127     virtual char Read(int number){
128         
129         //额外的加密操作...
130         //额外的缓冲操作...
131         FileStream::Read(number);//读文件流
132     }
133     virtual void Seek(int position){
134         //额外的加密操作...
135         //额外的缓冲操作...
136         FileStream::Seek(position);//定位文件流
137         //额外的加密操作...
138         //额外的缓冲操作...
139     }
140     virtual void Write(byte data){
141         //额外的加密操作...
142         //额外的缓冲操作...
143         FileStream::Write(data);//写文件流
144         //额外的加密操作...
145         //额外的缓冲操作...
146     }
147 };
148 
149 void Process(){
150 
151         //编译时装配
152     CryptoFileStream *fs1 = new CryptoFileStream();
153 
154     BufferedFileStream *fs2 = new BufferedFileStream();
155 
156     CryptoBufferedFileStream *fs3 =new CryptoBufferedFileStream();
157 
158 }

View Code

• 问题：Stream规模太大，60，80，99是一样的操作，产生代码冗余

decorator2.cpp

  1 //业务操作
  2 class Stream{
  3 
  4 public：
  5     virtual char Read(int number)=0;
  6     virtual void Seek(int position)=0;
  7     virtual void Write(char data)=0;
  8     
  9     virtual ~Stream(){}
 10 };
 11 
 12 //主体类
 13 class FileStream: public Stream{
 14 public:
 15     virtual char Read(int number){
 16         //读文件流
 17     }
 18     virtual void Seek(int position){
 19         //定位文件流
 20     }
 21     virtual void Write(char data){
 22         //写文件流
 23     }
 24 
 25 };
 26 
 27 class NetworkStream :public Stream{
 28 public:
 29     virtual char Read(int number){
 30         //读网络流
 31     }
 32     virtual void Seek(int position){
 33         //定位网络流
 34     }
 35     virtual void Write(char data){
 36         //写网络流
 37     }
 38     
 39 };
 40 
 41 class MemoryStream :public Stream{
 42 public:
 43     virtual char Read(int number){
 44         //读内存流
 45     }
 46     virtual void Seek(int position){
 47         //定位内存流
 48     }
 49     virtual void Write(char data){
 50         //写内存流
 51     }
 52     
 53 };
 54 
 55 //扩展操作
 56 class CryptoStream: public Stream {
 57     
 58     Stream* stream;//未来可变成各种stream，支持变化
 59 
 60 public:
 61     CryptoStream(Stream* stm):stream(stm){
 62     
 63     }
 64     
 65     virtual char Read(int number){
 66        
 67         //额外的加密操作...
 68         stream->Read(number);//读文件流
 69     }
 70     virtual void Seek(int position){
 71         //额外的加密操作...
 72         stream::Seek(position);//定位文件流
 73         //额外的加密操作...
 74     }
 75     virtual void Write(byte data){
 76         //额外的加密操作...
 77         stream::Write(data);//写文件流
 78         //额外的加密操作...
 79     }
 80 };
 81 
 82 class BufferedStream : public Stream{
 83     
 84     Stream* stream;//...
 85     
 86 public:
 87     BufferedStream(Stream* stm):stream(stm){
 88         
 89     }
 90     //...
 91 };
 92 
 93 void Process(){
 94     //运行时装配
 95     FileStream* s1=new FileStream();
 96     
 97     //加密
 98     CryptoStream* s2=new CryptoStream(s1);
 99     
100     //缓存
101     BufferedStream* s3=new BufferedStream(s1);
102     
103     //既加密又缓存
104     BufferedStream* s4=new BufferedStream(s2);
105 }

View Code

• 用组合代替继承，合并子类，消除重复性
• CryptoStream类既继承了Stream（完善接口规范），又有stream字段（别忘写构造函数）
• FileStream::Read(number); 和 stream->Read(number); 效果一样
• 实际代码看到组合和继承同时出现在一个类中时，99%是装饰器模式
• 编译时一样（复用），运行时不一样（组合，用多态支持变化）
• 编译使装配（decorator1） vs. 运行时装配（decorator2）
• 当变量声明类型都是某个类型的子类时，直接声明成某个类型即可

decorator3.cpp

  1 //业务操作
  2 class Stream{
  3 
  4 public：
  5     virtual char Read(int number)=0;
  6     virtual void Seek(int position)=0;
  7     virtual void Write(char data)=0;
  8     
  9     virtual ~Stream(){}
 10 };
 11 
 12 //主体类
 13 class FileStream: public Stream{
 14 public:
 15     virtual char Read(int number){
 16         //读文件流
 17     }
 18     virtual void Seek(int position){
 19         //定位文件流
 20     }
 21     virtual void Write(char data){
 22         //写文件流
 23     }
 24 
 25 };
 26 
 27 class NetworkStream :public Stream{
 28 public:
 29     virtual char Read(int number){
 30         //读网络流
 31     }
 32     virtual void Seek(int position){
 33         //定位网络流
 34     }
 35     virtual void Write(char data){
 36         //写网络流
 37     }
 38     
 39 };
 40 
 41 class MemoryStream :public Stream{
 42 public:
 43     virtual char Read(int number){
 44         //读内存流
 45     }
 46     virtual void Seek(int position){
 47         //定位内存流
 48     }
 49     virtual void Write(char data){
 50         //写内存流
 51     }
 52     
 53 };
 54 
 55 //扩展操作
 56 
 57 DecoratorStream: public Stream{
 58 protected:
 59     Stream* stream;//...
 60     
 61     DecoratorStream(Stream * stm):stream(stm){
 62     
 63     }
 64     
 65 };
 66 
 67 class CryptoStream: public DecoratorStream {
 68  
 69 public:
 70     CryptoStream(Stream* stm):DecoratorStream(stm){
 71     
 72     }
 73     
 74     
 75     virtual char Read(int number){
 76        
 77         //额外的加密操作...
 78         stream->Read(number);//读文件流
 79     }
 80     virtual void Seek(int position){
 81         //额外的加密操作...
 82         stream::Seek(position);//定位文件流
 83         //额外的加密操作...
 84     }
 85     virtual void Write(byte data){
 86         //额外的加密操作...
 87         stream::Write(data);//写文件流
 88         //额外的加密操作...
 89     }
 90 };
 91 
 92 class BufferedStream : public DecoratorStream{
 93     
 94     Stream* stream;//...
 95     
 96 public:
 97     BufferedStream(Stream* stm):DecoratorStream(stm){
 98         
 99     }
100     //...
101 };
102 
103 void Process(){
104 
105     //运行时装配
106     FileStream* s1=new FileStream();
107     
108     CryptoStream* s2=new CryptoStream(s1);
109     
110     BufferedStream* s3=new BufferedStream(s1);
111     
112     BufferedStream* s4=new BufferedStream(s2);
113     
114 }

View Code

• 有相同的字段，尽量往上（基类）提（decorator3）
• 设计一个中间类DecoratorStream，继承Stream
• decorator1的类个数：1+n+n*m!/2
• decorator1的类个数：1+n+1+m

总结

• 动态（组合）地给一个对象增加一些额外职责，就增加功能而言，Decorator模式比继承更为灵活（消除重复代码 & 减少子类个数）
• Decorator类在接口上表现为is-a Component的继承关系，即Decorator类继承了Component类所有的接口。但实际上又表现为has-a Component的组合关系，即Decorator类又使用了另外一个Component类
• 主体操作和扩展操作应该分开

示例

 1 #include <string>
 2 #include 
 3 using namespace std;
 4 
 5 class Person{
 6     private:
 7         string m_strName;
 8     public:
 9         Person(string strName){
10             m_strName=strName;
11         }
12         Person(){}
13         virtual void Show(){
14             cout<<"装扮的是"<endl;
15         }
16 };
17 
18 class Finery:public Person{
19     protected:
20         Person* m_component;
21     public:
22         void Decorate(Person* component){
23             m_component = component;
24         }
25         virtual void Show(){
26             m_component->Show();
27         }
28 };
29 
30 class TShirts:public Finery{
31     public:
32         virtual void Show(){
33             cout<<"T Shirts"<<endl;
34             m_component->Show(); 
35         }
36 };
37  
38 class BigTrouser:public Finery{
39     public:
40         virtual void Show(){
41             cout<<"Big Trouser"<<endl;
42             m_component->Show();    
43         }
44 }; 
45  
46 int main(){
47     Person *p = new Person("小李");
48     BigTrouser *bt = new BigTrouser();
49     TShirts *ts = new TShirts();
50     bt->Decorate(p);
51     ts->Decorate(bt);
52     ts->Show();
53     return 0;
54 } 

View Code