C++設(shè)計(jì)模式之裝飾模式
前言
在實(shí)際開(kāi)發(fā)時(shí)，你有沒(méi)有碰到過(guò)這種問(wèn)題；開(kāi)發(fā)一個(gè)類，封裝了一個(gè)對(duì)象的核心操作，而這些操作就是客戶使用該類時(shí)都會(huì)去調(diào)用的操作；而有一些非核心的操作，可能會(huì)使用，也可能不會(huì)使用；現(xiàn)在該怎么辦呢？
1.將這些非核心的操作全部放到類中，這樣，一個(gè)類就包含了很多核心的操作和一些看似有關(guān)，但是又無(wú)關(guān)的操作；這就會(huì)使核心類發(fā)生“爆炸”的現(xiàn)象，從而使核心類失去了一定的價(jià)值，也使使用核心類的客戶在核心操作和非核心操作中掙扎；
2.使用繼承來(lái)擴(kuò)展核心類，需要使用核心類時(shí)，直接建立核心類對(duì)象；當(dāng)需要使用核心類擴(kuò)展類時(shí)，就建立核心類擴(kuò)展類對(duì)象；這樣貌似是一種很有效的方法；但是由于繼承為類型引入的靜態(tài)特質(zhì)，使得這種擴(kuò)展方式缺乏靈活性；同時(shí)，又掉入了另一個(gè)陷阱，隨著擴(kuò)展功能的增多，子類也會(huì)增多，各種子類的組合，就會(huì)導(dǎo)致類的膨脹，最后，就會(huì)被淹沒(méi)在類的海洋；此時(shí)，也不用我多說(shuō)，你是不是想起了橋接模式，橋接模式就是為了適應(yīng)多個(gè)維度的變化而發(fā)生子類“爆炸”的情況，但是，橋接模式是為了適應(yīng)抽象和實(shí)現(xiàn)的不同變化，并不適用于我這里說(shuō)的。那如何是好，這就要說(shuō)到今天總結(jié)的裝飾模式了。
什么是裝飾模式？
在GOF的《設(shè)計(jì)模式:可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)》一書中對(duì)裝飾模式是這樣說(shuō)的：動(dòng)態(tài)地給一個(gè)對(duì)象添加一些額外的職責(zé)。就增加功能來(lái)說(shuō)，Decorator模式相比生成子類更為靈活。
裝飾模式能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)的為對(duì)象添加功能，是從一個(gè)對(duì)象外部來(lái)給對(duì)象添加功能。通常給對(duì)象添加功能，要么直接修改對(duì)象添加相應(yīng)的功能，要么派生對(duì)應(yīng)的子類來(lái)擴(kuò)展，抑或是使用對(duì)象組合的方式。顯然，直接修改對(duì)應(yīng)的類這種方式并不可取。在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)中，而我們也應(yīng)該盡量使用對(duì)象組合，而不是對(duì)象繼承來(lái)擴(kuò)展和復(fù)用功能。裝飾器模式就是基于對(duì)象組合的方式，可以很靈活的給對(duì)象添加所需要的功能。裝飾器模式的本質(zhì)就是動(dòng)態(tài)組合。動(dòng)態(tài)是手段，組合才是目的?？傊b飾模式是通過(guò)把復(fù)雜的功能簡(jiǎn)單化，分散化，然后再運(yùn)行期間，根據(jù)需要來(lái)動(dòng)態(tài)組合的這樣一個(gè)模式。它使得我們可以給某個(gè)對(duì)象而不是整個(gè)類添加一些功能。
UML類圖
Component:定義一個(gè)對(duì)象接口，可以給這些對(duì)象動(dòng)態(tài)地添加職責(zé)；
ConcreteComponent:定義一個(gè)具體的Component，繼承自ConcreateComponent，重寫了Component類的虛函數(shù)；
Decorator:維持一個(gè)指向Component對(duì)象的指針，該指針指向需要被裝飾的對(duì)象；并定義一個(gè)與Component接口一致的接口；
ConcreteDecorator:向組件添加職責(zé)。
代碼實(shí)現(xiàn)：
/*
** FileName : DecoratorPatternDemo
** Author : Jelly Young
** Date : 2013/12/19
** Description : More information, please go to http://www.dbjr.com.cn
*/
#include <iostream>
using namespace std;
class Component
{
public:
virtual void Operation() = 0;
};
class ConcreteComponent : public Component
{
public:
void Operation()
{
cout<<"I am no decoratored ConcreteComponent"<<endl;
}
};
class Decorator : public Component
{
public:
Decorator(Component *pComponent) : m_pComponentObj(pComponent) {}
void Operation()
{
if (m_pComponentObj != NULL)
{
m_pComponentObj->Operation();
}
}
protected:
Component *m_pComponentObj;
};
class ConcreteDecoratorA : public Decorator
{
public:
ConcreteDecoratorA(Component *pDecorator) : Decorator(pDecorator){}
void Operation()
{
AddedBehavior();
Decorator::Operation();
}
void AddedBehavior()
{
cout<<"This is added behavior A."<<endl;
}
};
class ConcreteDecoratorB : public Decorator
{
public:
ConcreteDecoratorB(Component *pDecorator) : Decorator(pDecorator){}
void Operation()
{
AddedBehavior();
Decorator::Operation();
}
void AddedBehavior()
{
cout<<"This is added behavior B."<<endl;
}
};
int main()
{
Component *pComponentObj = new ConcreteComponent();
Decorator *pDecoratorAOjb = new ConcreteDecoratorA(pComponentObj);
pDecoratorAOjb->Operation();
cout<<"============================================="<<endl;
Decorator *pDecoratorBOjb = new ConcreteDecoratorB(pComponentObj);
pDecoratorBOjb->Operation();
cout<<"============================================="<<endl;
Decorator *pDecoratorBAOjb = new ConcreteDecoratorB(pDecoratorAOjb);
pDecoratorBAOjb->Operation();
cout<<"============================================="<<endl;
delete pDecoratorBAOjb;
pDecoratorBAOjb = NULL;
delete pDecoratorBOjb;
pDecoratorBOjb = NULL;
delete pDecoratorAOjb;
pDecoratorAOjb = NULL;
delete pComponentObj;
pComponentObj = NULL;
}
使用場(chǎng)合
1.在不影響其他對(duì)象的情況下，以動(dòng)態(tài)的，透明的方式給單個(gè)對(duì)象添加職責(zé)；
2.處理那些可以撤銷的職責(zé)；
3.當(dāng)不能采用生成子類的方法進(jìn)行擴(kuò)充時(shí)。一種情況是，可能存在大量獨(dú)立的擴(kuò)展，為支持每一種組合將產(chǎn)生大量的子類，使得子類數(shù)目呈爆炸性增長(zhǎng)。另一種情況可能是因?yàn)轭惗x被隱藏，或類定義不能用于生成子類。
注意事項(xiàng)
1.接口的一致性；裝飾對(duì)象的接口必須與它所裝飾的Component的接口是一致的，因此，所有的ConcreteDecorator類必須有一個(gè)公共的父類；這樣對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，就是統(tǒng)一的接口；
2.省略抽象的Decorator類；當(dāng)僅需要添加一個(gè)職責(zé)時(shí)，沒(méi)有必要定義抽象Decorator類。因?yàn)槲覀兂３Ｒ幚?，現(xiàn)存的類層次結(jié)構(gòu)而不是設(shè)計(jì)一個(gè)新系統(tǒng)，這時(shí)可以把Decorator向Component轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求的職責(zé)合并到ConcreteDecorator中；
3.保持Component類的簡(jiǎn)單性；為了保證接口的一致性，組件和裝飾必須要有一個(gè)公共的Component類，所以保持這個(gè)Component類的簡(jiǎn)單性是非常重要的，所以，這個(gè)Component類應(yīng)該集中于定義接口而不是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)表示的定義應(yīng)延遲到子類中，否則Component類會(huì)變得過(guò)于復(fù)雜和臃腫，因而難以大量使用。賦予Component類太多的功能，也使得具體的子類有一些它們它們不需要的功能大大增大；
實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)
1.Component類在Decorator模式中充當(dāng)抽象接口的角色，不應(yīng)該去實(shí)現(xiàn)具體的行為。而且Decorator類對(duì)于Component類應(yīng)該透明，換言之Component類無(wú)需知道Decorator類，Decorator類是從外部來(lái)擴(kuò)展Component類的功能；
2.Decorator類在接口上表現(xiàn)為“is-a”Component的繼承關(guān)系，即Decorator類繼承了Component類所具有的接口。但在實(shí)現(xiàn)上又表現(xiàn)為“has-a”Component的組合關(guān)系，即Decorator類又使用了另外一個(gè)Component類。我們可以使用一個(gè)或者多個(gè)Decorator對(duì)象來(lái)“裝飾”一個(gè)Component對(duì)象，且裝飾后的對(duì)象仍然是一個(gè)Component對(duì)象；
3.Decortor模式并非解決“多子類衍生的多繼承”問(wèn)題，Decorator模式的應(yīng)用要點(diǎn)在于解決“主體類在多個(gè)方向上的擴(kuò)展功能”——是為“裝飾”的含義；
4.對(duì)于Decorator模式在實(shí)際中的運(yùn)用可以很靈活。如果只有一個(gè)ConcreteComponent類而沒(méi)有抽象的Component類，那么Decorator類可以是ConcreteComponent的一個(gè)子類。如果只有一個(gè)ConcreteDecorator類，那么就沒(méi)有必要建立一個(gè)單獨(dú)的Decorator類，而可以把Decorator和ConcreteDecorator的責(zé)任合并成一個(gè)類。
5.Decorator模式的優(yōu)點(diǎn)是提供了比繼承更加靈活的擴(kuò)展，通過(guò)使用不同的具體裝飾類以及這些裝飾類的排列組合，可以創(chuàng)造出很多不同行為的組合；
6.由于使用裝飾模式，可以比使用繼承關(guān)系需要較少數(shù)目的類。使用較少的類，當(dāng)然使設(shè)計(jì)比較易于進(jìn)行。但是，在另一方面，使用裝飾模式會(huì)產(chǎn)生比使用繼承關(guān)系更多的對(duì)象。更多的對(duì)象會(huì)使得查錯(cuò)變得困難，特別是這些對(duì)象看上去都很相像。
與橋接模式的區(qū)別
之前總結(jié)了C++設(shè)計(jì)模式——橋接模式；你會(huì)發(fā)現(xiàn)，二者都是為了防止過(guò)度的繼承，從而造成子類泛濫的情況。那么二者之間的主要區(qū)別是什么呢？橋接模式的定義是將抽象化與實(shí)現(xiàn)化分離（用組合的方式而不是繼承的方式），使得兩者可以獨(dú)立變化?？梢詼p少派生類的增長(zhǎng)。如果光從這一點(diǎn)來(lái)看的話，和裝飾者差不多，但兩者還是有一些比較重要的區(qū)別：
1.橋接模式中所說(shuō)的分離，其實(shí)是指將結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)分離（當(dāng)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)有可能發(fā)生變化時(shí)）或?qū)傩耘c基于屬性的行為進(jìn)行分離；而裝飾者只是對(duì)基于屬性的行為進(jìn)行封閉成獨(dú)立的類，從而達(dá)到對(duì)其進(jìn)行裝飾，也就是擴(kuò)展。比如：異常類和異常處理類之間就可以使用橋接模式來(lái)實(shí)現(xiàn)完成，而不能使用裝飾模式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)；如果對(duì)于異常的處理需要進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，我們又可以對(duì)異常處理類添加Decorator，從而添加處理的裝飾，達(dá)到異常處理的擴(kuò)展，這就是一個(gè)橋接模式與裝飾模式的搭配；
2.橋接中的行為是橫向的行為，行為彼此之間無(wú)關(guān)聯(lián)，注意這里的行為之間是沒(méi)有關(guān)聯(lián)的，就比如異常和異常處理之間是沒(méi)有行為關(guān)聯(lián)的一樣；而裝飾者模式中的行為具有可疊加性，其表現(xiàn)出來(lái)的結(jié)果是一個(gè)整體，一個(gè)各個(gè)行為組合后的一個(gè)結(jié)果。
總結(jié)
裝飾模式重點(diǎn)在裝飾，對(duì)核心功能的裝飾作用；將繼承中對(duì)子類的擴(kuò)展轉(zhuǎn)化為功能類的組合，從而將需要對(duì)子類的擴(kuò)展轉(zhuǎn)嫁給用戶去進(jìn)行調(diào)用組合，用戶如何組合由用戶去決定。我在學(xué)習(xí)裝飾模式時(shí)，就是重點(diǎn)分析了“裝飾”這個(gè)詞，我們都知道，裝飾是在一個(gè)核心功能上添加一些附屬功能，從而讓核心功能發(fā)揮更大的作用，但是最終它的核心功能是不能丟失的。這就好比我們進(jìn)行windows shell開(kāi)發(fā)時(shí)，我們是對(duì)windows的這層殼進(jìn)行了功能的裝飾，從而實(shí)現(xiàn)了我們需要的一些裝飾功能，但是最終的功能還是由windows shell去完成。這就好比，我們的裝飾就是給核心功能添加了一層外衣，讓它看起來(lái)更漂亮和完美。
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