装饰模式-设计模式

装饰模式

1.动机

一般有两种方式可以实现给一个类或对象增加行为：

继承机制，使用继承机制是给现有类添加功能的一种有效途径，通过继承一个现有类可以使得子类在拥有自身方法的同时还拥有父类的方法。但是这种方法是静态的，用户不能控制增加行为的方式和时机。
关联机制，即将一个类对象嵌入另一个对象中，由另一个对象来决定是否调用嵌入对象的行为以便扩展自己的行为，我们称这个嵌入的对象为装饰器(Decorator)

装饰模式以对客户透明的方式动态地给一个对象附加上更多的责任，换言之，客户端并不会觉得对象在装饰前和装饰后有什么不同。装饰模式可以在不需要创造更多子类的情况下，将对象的功能加以扩展。

2.定义

装饰模式(Decorator Pattern) ：动态地给一个对象增加一些额外的职责(Responsibility)，就增加对象功能来说，装饰模式比生成子类实现更为灵活。其别名也可以称为包装(Wrapper)，与适配器模式的别名相同，但它们适用于不同的场合。根据翻译的不同，装饰模式也有人称之为“油漆工模式”，它是一种对象结构型模式。

3.结构

Component:定义一个对象接口，可以给这些对象动态地添加职责；
ConcreteComponent:定义一个具体的Component，继承自Component，重写了Component类的虚函数；
Decorator:维持一个指向Component对象的指针，该指针指向需要被装饰的对象；并定义一个与Component接口一致的接口；
ConcreteDecorator:向组件添加职责。

4.代码分析

实现要点

Component类在Decorator模式中充当抽象接口的角色，不应该去实现具体的行为。而且Decorator类对于Component类应该透明，换言之Component类无需知道Decorator类，Decorator类是从外部来扩展Component类的功能；
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。我们可以使用一个或者多个Decorator对象来“装饰”一个Component对象，且装饰后的对象仍然是一个Component对象；
Decortor模式并非解决“多子类衍生的多继承”问题，Decorator模式的应用要点在于解决“主体类在多个方向上的扩展功能”——是为“装饰”的含义；
对于Decorator模式在实际中的运用可以很灵活。如果只有一个ConcreteComponent类而没有抽象的Component类，那么Decorator类可以是ConcreteComponent的一个子类。如果只有一个ConcreteDecorator类，那么就没有必要建立一个单独的Decorator类，而可以把Decorator和ConcreteDecorator的责任合并成一个类。
Decorator模式的优点是提供了比继承更加灵活的扩展，通过使用不同的具体装饰类以及这些装饰类的排列组合，可以创造出很多不同行为的组合；
由于使用装饰模式，可以比使用继承关系需要较少数目的类。使用较少的类，当然使设计比较易于进行。但是，在另一方面，使用装饰模式会产生比使用继承关系更多的对象。更多的对象会使得查错变得困难，特别是这些对象看上去都很相像。

#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 != nullptr)
        {
            m_pComponentObj->Operation();//采用多态，运行时所指的动态类型调用对用的版本
        }
    }
protected:
    Component *m_pComponentObj;
};

class ConcreteDecoratorA : public Decorator
{
public:
    ConcreteDecoratorA(Component *pDecorator) : Decorator(pDecorator){}
    void Operation()
    {
        Decorator::Operation();
        AddedBehavior();    
    }
    void  AddedBehavior()
    {
        cout << "This is added behavior A." << endl;
    }
};

class ConcreteDecoratorB : public Decorator
{
public:
    ConcreteDecoratorB(Component *pDecorator) : Decorator(pDecorator){}
    void Operation()
    {    
        Decorator::Operation();
        AddedBehavior();
    }
    void  AddedBehavior()
    {
        cout << "This is added behavior B." << endl;
    }
};
int main()
{
    Component *pComponentObj = new ConcreteComponent();
    Component *pDecoratorAOjb = new ConcreteDecoratorA(pComponentObj);
    pDecoratorAOjb->Operation();
    cout << "=============================================" << endl;

    Component *pDecoratorBOjb = new ConcreteDecoratorB(pComponentObj);
    pDecoratorBOjb->Operation();
    cout << "=============================================" << endl;

    Component *pDecoratorBAOjb = new ConcreteDecoratorB(pDecoratorAOjb);
    pDecoratorBAOjb->Operation();
    cout << "=============================================" << endl;

    delete pDecoratorBAOjb;
    pDecoratorBAOjb = nullptr;

    delete pDecoratorBOjb;
    pDecoratorBOjb = nullptr;

    delete pDecoratorAOjb;
    pDecoratorAOjb = nullptr;

    delete pComponentObj;
    pComponentObj = nullptr;

    system("pause");
    return 0;
}

注意事项

接口的一致性；装饰对象的接口必须与它所装饰的Component的接口是一致的，因此，所有的ConcreteDecorator类必须有一个公共的父类；这样对于用户来说，就是统一的接口；
省略抽象的Decorator类；当仅需要添加一个职责时，没有必要定义抽象Decorator类。因为我们常常要处理，现存的类层次结构而不是设计一个新系统，这时可以把Decorator向Component转发请求的职责合并到ConcreteDecorator中；
保持Component类的简单性；为了保证接口的一致性，组件和装饰必须要有一个公共的Component类，所以保持这个Component类的简单性是非常重要的，所以，这个Component类应该集中于定义接口而不是存储数据。对数据表示的定义应延迟到子类中，否则Component类会变得过于复杂和臃肿，因而难以大量使用。赋予Component类太多的功能，也使得具体的子类有一些它们它们不需要的功能大大增大。

5.模式分析

与继承关系相比，关联关系的主要优势在于不会破坏类的封装性，而且继承是一种耦合度较大的静态关系，无法在程序运行时动态扩展。在软件开发阶段，关联关系虽然不会比继承关系减少编码量，但是到了软件维护阶段，由于关联关系使系统具有较好的松耦合性，因此使得系统更加容易维护。当然，关联关系的缺点是比继承关系要创建更多的对象。
使用装饰模式来实现扩展比继承更加灵活，它以对客户透明的方式动态地给一个对象附加更多的责任。装饰模式可以在不需要创造更多子类的情况下，将对象的功能加以扩展。

6.优点

装饰模式与继承关系的目的都是要扩展对象的功能，但是装饰模式可以提供比继承更多的灵活性。
可以通过一种动态的方式来扩展一个对象的功能，通过配置文件可以在运行时选择不同的装饰器，从而实现不同的行为。
通过使用不同的具体装饰类以及这些装饰类的排列组合，可以创造出很多不同行为的组合。可以使用多个具体装饰类来装饰同一对象，得到功能更为强大的对象。
具体构件类与具体装饰类可以独立变化，用户可以根据需要增加新的具体构件类和具体装饰类，在使用时再对其进行组合，原有代码无须改变，符合“开闭原则”。

7.缺点

使用装饰模式进行系统设计时将产生很多小对象，这些对象的区别在于它们之间相互连接的方式有所不同，而不是它们的类或者属性值有所不同，同时还将产生很多具体装饰类。这些装饰类和小对象的产生将增加系统的复杂度，加大学习与理解的难度。
这种比继承更加灵活机动的特性，也同时意味着装饰模式比继承更加易于出错，排错也很困难，对于多次装饰的对象，调试时寻找错误可能需要逐级排查，较为烦琐。

8.适用场景

在不影响其他对象的情况下，以动态的，透明的方式给单个对象添加职责；
处理那些可以撤销的职责；
当不能采用生成子类的方法进行扩充时。一种情况是，可能存在大量独立的扩展，为支持每一种组合将产生大量的子类，使得子类数目呈爆炸性增长。另一种情况可能是因为类定义被隐藏，或类定义不能用于生成子类。

9.与桥接模式的区别

桥接模式的定义是将抽象化与实现化分离（用组合的方式而不是继承的方式），使得两者可以独立变化。可以减少派生类的增长。如果光从这一点来看的话，和装饰者差不多，但两者还是有一些比较重要的区别：

桥接模式中所说的分离，其实是指将结构与实现分离（当结构和实现有可能发生变化时）或属性与基于属性的行为进行分离；而装饰者只是对基于属性的行为进行封闭成独立的类，从而达到对其进行装饰，也就是扩展。比如：异常类和异常处理类之间就可以使用桥接模式来实现完成，而不能使用装饰模式来进行设计；如果对于异常的处理需要进行扩展时，我们又可以对异常处理类添加Decorator，从而添加处理的装饰，达到异常处理的扩展，这就是一个桥接模式与装饰模式的搭配；
桥接中的行为是横向的行为，行为彼此之间无关联，注意这里的行为之间是没有关联的，就比如异常和异常处理之间是没有行为关联的一样；而装饰者模式中的行为具有可叠加性，其表现出来的结果是一个整体，一个各个行为组合后的一个结果。

10.总结

装饰模式用于动态地给一个对象增加一些额外的职责，就增加对象功能来说，装饰模式比生成子类实现更为灵活。
装饰模式包含四个角色：抽象构件定义了对象的接口，可以给这些对象动态增加职责（方法）；具体构件定义了具体的构件对象，实现了在抽象构件中声明的方法，装饰器可以给它增加额外的职责（方法）； 抽象装饰类是抽象构件类的子类，用于给具体构件增加职责，但是具体职责在其子类中实现；具体装饰类是抽象装饰类的子类，负责向构件添加新的职责。
装饰模式的主要优点在于可以提供比继承更多的灵活性，可以通过一种动态的方式来扩展一个对象的功能，并通过使用不同的具体装饰类以及这些装饰类的排列组合，可以创造出很多不同行为的组合，而且具体构件类与具体装饰类可以独立变化，用户可以根据需要增加新的具体构件类和具体装饰类；其主要缺点在于使用装饰模式进行系统设计时将产生很多小对象，而且装饰模式比继承更加易于出错，排错也很困难，对于多次装饰的对象，调试时寻找错误可能需要逐级排查，较为烦琐。
装饰模式适用情况包括：在不影响其他对象的情况下，以动态、透明的方式给单个对象添加职责；需要动态地给一个对象增加功能，这些功能也可以动态地被撤销；当不能采用继承的方式对系统进行扩充或者采用继承不利于系统扩展和维护时。