动机

  • 在某些情况下我们可能会“过度的使用继承来扩展对象功能”,由于继承为类型引入的静态特质,使得这种拓展方式缺乏灵活性,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.
  • 如何使“对象功能的扩展”能够根据需求动态的来实现?同时避免”扩展功能的增多”带来子类膨胀问题?从而使得任何“功能扩展变化”所导致的影响将为最低?

模式定义

动态(组合)地给一个对象增加一些额外的职责。就增加功能而言,Decorator模式比生成子类(继承)更为灵活(消除重复代码 & 减少子类个数)。 ——《设计模式》GoF

Decorator属于”单一职责”模式:在软件组织的设计中,如果责任划分得不清晰,使用继承得到的结果往往是随着需求变化的,子类急剧膨胀,同时充斥着重复代码,这时候的关键是划清责任。

代码理解

业务需求为设计一个IO库,针对数据流操作,同时有一些加密操作之类的。
未使用设计模式的代码

//业务操作
class Stream{
public:
    virtual char 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 char Read(int number){
        //读文件流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位文件流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写文件流
    }

};

class NetworkStream :public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读网络流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位网络流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写网络流
    }

};

class MemoryStream :public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读内存流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位内存流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写内存流
    }

};

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

        //额外的加密操作...
        FileStream::Read(number);//读文件流

    }
    virtual void Seek(int position){
        //额外的加密操作...
        FileStream::Seek(position);//定位文件流
        //额外的加密操作...
    }
    virtual void Write(byte data){
        //额外的加密操作...
        FileStream::Write(data);//写文件流
        //额外的加密操作...
    }
};

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

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

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

        //额外的加密操作...
        MemoryStream::Read(number);//读内存流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //额外的加密操作...
        MemoryStream::Seek(position);//定位内存流
        //额外的加密操作...
    }
    virtual void Write(byte data){
        //额外的加密操作...
        MemoryStream::Write(data);//写内存流
        //额外的加密操作...
    }
};

class BufferedFileStream : public FileStream{
    //...
};

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

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




class CryptoBufferedFileStream :public FileStream{
public:
    virtual char Read(int number){

        //额外的加密操作...
        //额外的缓冲操作...
        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...
        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(byte data){
        //额外的加密操作...
        //额外的缓冲操作...
        FileStream::Write(data);//写文件流
        //额外的加密操作...
        //额外的缓冲操作...
    }
};



void Process(){

        //编译时装配
    CryptoFileStream *fs1 = new CryptoFileStream();

    BufferedFileStream *fs2 = new BufferedFileStream();

    CryptoBufferedFileStream *fs3 =new CryptoBufferedFileStream();

}

上述代码可以看出,我们加密的操作是一样的,不一样的部分在于不同的IO流,比如文件流,网络流,上述代码的继承结构为:

创建了大量的子类,造成了代码的冗余。上面 “额外的加密操作”在大量的重复,我们在设计的时候要消除大量的重复代码。
采用设计模式的代码

//业务操作
class Stream{

public:
    virtual char 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 char Read(int number){
        //读文件流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位文件流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写文件流
    }

};

class NetworkStream :public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读网络流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位网络流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写网络流
    }

};

class MemoryStream :public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读内存流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位内存流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写内存流
    }

};

//扩展操作

// 三个子类变为一个子类,用组合代替继承
class CryptoStream: public Stream/**这里的继承是为了完善接口的规范,实现virtual的方法**/
{
    //这里将编译时确定的类型放到了运行时。runTime 实现多态.
    //FileStream * stream;//当某个变量声明的类型是某个类型的子类,将变量的类型声明为某个类型。
    Stream* stream;//在运行时 new 具体的类型;

public:
    CryptoStream(Stream* stm):stream(stm){

    }


    virtual char Read(int number){

        //额外的加密操作...
        stream->Read(number);//读文件流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //额外的加密操作...
        stream::Seek(position);//定位文件流
        //额外的加密操作...
    }
    virtual void Write(byte data){
        //额外的加密操作...
        stream::Write(data);//写文件流
        //额外的加密操作...
    }
};



class BufferedStream : public Stream{

    Stream* stream;////在运行时 new FileStream;

public:
    BufferedStream(Stream* stm):stream(stm){

    }
    //...
};





void Process(){

    //运行时进行组合装配
    FileStream* s1=new FileStream();
    CryptoStream* s2=new CryptoStream(s1);

    BufferedStream* s3=new BufferedStream(s1);

    BufferedStream* s4=new BufferedStream(s2);



}

在《重构》书中说过多个类有同样的字段,应该将字段往上提,设计一个中间类或者中间层

//业务操作
class Stream{

public:
    virtual char 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 char Read(int number){
        //读文件流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位文件流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写文件流
    }

};

class NetworkStream :public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读网络流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位网络流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写网络流
    }

};

class MemoryStream :public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读内存流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位内存流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写内存流
    }

};

//扩展操作

// 由于两个子类有相同的成员Stream*,所以这个成员要往上提
//中间层
DecoratorStream: public Stream{
protected:
    Stream* stream;//...

    DecoratorStream(Stream * stm):stream(stm){

    }

};

class CryptoStream: public DecoratorStream {


public:
    CryptoStream(Stream* stm):DecoratorStream(stm){

    }


    virtual char Read(int number){

        //额外的加密操作...
        stream->Read(number);//读文件流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //额外的加密操作...
        stream::Seek(position);//定位文件流
        //额外的加密操作...
    }
    virtual void Write(byte data){
        //额外的加密操作...
        stream::Write(data);//写文件流
        //额外的加密操作...
    }
};



class BufferedStream : public DecoratorStream{

    Stream* stream;//...

public:
    BufferedStream(Stream* stm):DecoratorStream(stm){

    }
    //...
};




void Process(){

    //运行时装配
    FileStream* s1=new FileStream();

    CryptoStream* s2=new CryptoStream(s1);

    BufferedStream* s3=new BufferedStream(s1);

    BufferedStream* s4=new BufferedStream(s2);



}

改完之后的类图关系

如果以后在看某一开源库的时候,看到类继承了基类,并且类中有基类的指针,那就要往装饰模式上去考虑。

UML类图


其中 红色部分为固定部分,蓝色部分为变化部分。component 对应我们上面代码就是stream类,Decorator类为我们的DecoratorStream类,ConcreteComponent为我们FileStream等主体类,ConcreteDeciortor为我们的CryptoStream,BufferedStream类。

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。
  • 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”——是为“装饰”的含义。
  • 同时继承又组合,继承为了实现接口的规范,组合是为了以后扩展

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