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C++设计模式（装饰模式）

article 2024/12/1 7:01:18

一、介绍

1.动机

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，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”所导致的影响将为最低？

2.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（消除重复代码并减少子类个数）。——GOF

3.结构图

4.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，其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。

二、装饰模式

1.概念

装饰模式允许在不改变现有对象结构的情况下，动态地为对象添加额外的功能。

①装饰模式的优点：

提供了比继承更灵活的功能扩展机制。
通过使用不同的具体装饰类可以创造出很多不同行为的组合。

②装饰模式的缺点：

由于需要引入更多的类和对象，可能会增加系统的复杂度。
如果装饰器的层次结构设计不当，可能会导致维护困难。

2.实现要点

装饰模式实现要点：

抽象构件：定义了对象的接口，所有的具体构件都必须继承或实现这个接口。
具体构件：实现抽象构件的具体类，它是被装饰的对象。
抽象装饰：继承并组合抽象构件，可以通过其子类扩展具体构件的功能。
具体装饰：实现抽象装饰的相关方法，可传入具体构件对象以扩展其功能。

抽象装饰器使用组合是为了传入主体来实现装饰，使用继承是为了规范接口，同时保证包装后不改变原对象的本质。

3.示例

//抽象构件
class Coffee {
public:
	virtual string getName() = 0;
	virtual double cost() = 0;
	virtual ~Coffee() {}

};

//具体构件
class Espresso :public Coffee {
public:
	virtual string getName() override {
		return "Espresso";
	}
	virtual double cost() override {
		return 2.5;
	}
};

//具体构件
class Americano :public Coffee {
public:
	virtual string getName() override {
		return "Americano";
	}
	virtual double cost() override {
		return 3.0;
	}
};

//具体构件
class Latte :public Coffee {
public:
	virtual string getName() override {
		return "Latte";
	}
	virtual double cost() override {
		return 3.5;
	}
};

//抽象装饰器
class CoffeeDecorator :public Coffee {
protected:
	Coffee* coffee;
public:
	CoffeeDecorator(Coffee* cof) :coffee(cof) {
	}
	virtual ~CoffeeDecorator() {
		delete coffee;
	}
};

//具体装饰器
class SugarDecorator : public CoffeeDecorator {
public:
	SugarDecorator(Coffee* cof) :CoffeeDecorator(cof) {}
	virtual string getName() override {
		return coffee->getName() + " Sugar";
	}
	virtual double cost() override {
		return coffee->cost() + 0.2;
	}
};

//具体装饰器
class MilkDecorator :public CoffeeDecorator {
public:
	MilkDecorator(Coffee* cof) :CoffeeDecorator(cof) {}
	virtual string getName() override {
		return coffee->getName() + " Milk";
	}
	virtual double cost() override {
		return coffee->cost() + 0.5;
	}
};

//具体装饰器
class CreamDecorator :public CoffeeDecorator {
public:
	CreamDecorator(Coffee* cof): CoffeeDecorator(cof) {}
	virtual string getName() override {
		return coffee->getName() + " Cream";
	}
	virtual double cost() override {
		return coffee->cost() + 0.8;
	}
};

测试代码：

Coffee* espresso = new Espresso();
cout << espresso->getName() << " " << espresso->cost() << endl;
espresso = new SugarDecorator(espresso);
cout << espresso->getName() << " " << espresso->cost() << endl;
espresso = new MilkDecorator(espresso);
cout << espresso->getName() << " " << espresso->cost() << endl;
delete espresso;

Coffee* americano = new Americano();
cout << americano->getName() << " " << americano->cost() << endl;
Coffee* americano1 = new SugarDecorator(americano);
cout << americano1->getName() << " " << americano1->cost() << endl;
Coffee* americano2 = new CreamDecorator(americano1);
cout << americano2->getName() << " " << americano2->cost() << endl;
delete americano2;

Coffee* latte = new Latte();
cout << latte->getName() << " " << latte->cost() << endl;
MilkDecorator* milk = new MilkDecorator(latte);
cout << milk->getName() << " " << milk->cost() << endl;
CreamDecorator* cream = new CreamDecorator(milk);
cout << cream->getName() << " " << cream->cost() << endl;
delete cream;

输出结果：

Espresso 2.5
Espresso Sugar 2.7
Espresso Sugar Milk 3.2
Americano 3
Americano Sugar 3.2
Americano Sugar Cream 4
Latte 3.5
Latte Milk 4
Latte Milk Cream 4.8

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