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装饰器模式的C++实现示例

article 2025/3/13 2:27:08

核心思想

装饰器设计模式是一种结构型设计模式，它允许动态地为对象添加额外的行为或职责，而无需修改其原始类。装饰器模式通过创建一个装饰器类来包装原始对象，并在保持原始对象接口一致性的前提下，扩展其功能。

装饰器模式的核心在于：
动态扩展功能：在不改变原始对象的情况下，通过装饰器为其添加新的行为。
组合优于继承：装饰器模式通过组合的方式扩展功能，避免了继承带来的类层次结构复杂化。

使用场景

动态添加功能：当需要为对象动态地添加功能，并且这些功能可以组合使用时。
避免子类膨胀：当使用继承会导致子类数量爆炸时，装饰器模式提供了一种更灵活的替代方案。
扩展第三方库：当无法修改第三方库的代码，但需要为其添加额外功能时。

优点

灵活性：可以动态地为对象添加或移除功能。
遵循开闭原则：无需修改原始类，即可扩展其功能。
避免继承的缺点：通过组合实现功能扩展，避免了继承带来的类层次结构复杂化。

缺点

复杂性：装饰器模式会引入大量小类，增加了代码的复杂性。
调试困难：由于装饰器是层层包装的，调试时可能难以追踪到具体的行为。

示例代码

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>

// 抽象组件：定义文本接口
class Text {
public:
    virtual ~Text() = default;
    virtual std::string render() const = 0;
};

// 具体组件：实现基本的文本
class PlainText : public Text {
private:
    std::string content;

public:
    explicit PlainText(const std::string& content) : content(content) {}

    std::string render() const override {
        return content;
    }
};

// 抽象装饰器：继承自 Text，并包含一个 Text 对象的指针
class TextDecorator : public Text {
protected:
    std::shared_ptr<Text> text;

public:
    explicit TextDecorator(std::shared_ptr<Text> text) : text(std::move(text)) {}

    std::string render() const override {
        return text->render();
    }
};

// 具体装饰器：为文本添加加粗格式
class BoldText : public TextDecorator {
public:
    explicit BoldText(std::shared_ptr<Text> text) : TextDecorator(std::move(text)) {}

    std::string render() const override {
        return "<b>" + text->render() + "</b>";
    }
};

// 具体装饰器：为文本添加斜体格式
class ItalicText : public TextDecorator {
public:
    explicit ItalicText(std::shared_ptr<Text> text) : TextDecorator(std::move(text)) {}

    std::string render() const override {
        return "<i>" + text->render() + "</i>";
    }
};

// 具体装饰器：为文本添加下划线格式
class UnderlineText : public TextDecorator {
public:
    explicit UnderlineText(std::shared_ptr<Text> text) : TextDecorator(std::move(text)) {}

    std::string render() const override {
        return "<u>" + text->render() + "</u>";
    }
};

int main() {
    // 创建原始文本
    std::shared_ptr<Text> text = std::make_shared<PlainText>("Hello, World!");
	std::cout << text->render() << std::endl;
    // 动态添加装饰器
    text = std::make_shared<BoldText>(text);
    std::cout << text->render() << std::endl;

    text = std::make_shared<ItalicText>(text);
    std::cout << text->render() << std::endl;

    text = std::make_shared<UnderlineText>(text);
    std::cout << text->render() << std::endl;

    return 0;
}

输出结果

Hello, World!
<b>Hello, World!</b>
<i><b>Hello, World!</b></i>
<u><i><b>Hello, World!</b></i></u>

代码解析

Text 类：
抽象组件，定义了文本的接口 render()。
PlainText 类：
具体组件，实现了基本的文本渲染。
TextDecorator 类：
抽象装饰器，继承自 Text，并包含一个 Text 对象的指针。
提供了默认的 render() 实现，直接调用被装饰对象的 render() 方法。
BoldText、ItalicText、UnderlineText 类：
具体装饰器，继承自 TextDecorator，重写了 render() 方法，为文本添加额外的格式。
main 函数：
创建了一个原始文本对象 PlainText。
通过装饰器动态地为文本添加加粗、斜体和下划线格式。
最终渲染文本并输出结果。