装饰模式 Decorator

“单一职责”模式:

在软件组件的设计中，如果责任划分的不清晰，使用继承得到的结果往往是随着需求的变化，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。
典型模式

Decorator
Bridge

动机（Motivation）

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？

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

代码示例

各种流操作。

继承方式(伪代码)：

#include "iostream"

using namespace std;

//业务操作
class Stream {
public:
    virtual ~Stream() {}
    virtual char Read(int number) = 0;
    virtual void Seek(int position) = 0;
    virtual void Write(char data) = 0;
};

//主体类
class FileStream : public Stream {
public:
    virtual char Read(int number) {
        //读文件流
        cout << "读文件流 " << number << endl;
    }
    virtual void Seek(int position) {
        //定位文件流
        cout << "定位文件流 " << position << endl;
    }
    virtual void Write(char data) {
        //写文件流
        cout << "写文件流 " << data << endl;
    }
};

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

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

};

//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(char 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();
}

▲ 对继承的不良使用，导致太过于复杂。

组合方式实现多态：

由之前的静态编译时装配改变成动态运行时装配。

#include <iostream>

using namespace std;

//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
        cout << "读文件流 " << number << endl;
        return number;
    }
    virtual void Seek(int position) {
        //定位文件流
        cout << "定位文件流 " << position << endl;
    }
    virtual void Write(char data) {
        //写文件流
        cout << "写文件流 " << data << endl;
    }
};

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

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

//扩展操作
/*装饰类：这里有继承，又有组合，大概率是装饰模式*/
class  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...
        cout << "CryptoStream 额外的加密操作..." << endl;
        return stream->Read(number);//读文件流 /*这里不再局限于文件流，copy 注释没改*/
    }
    virtual void Seek(int position) {
        //额外的加密操作...
        cout << "CryptoStream 额外的加密操作..." << endl;
        stream->Seek(position);//定位文件流
                               //额外的加密操作...
    }
    virtual void Write(/*byte*/char data) {
        //额外的加密操作...
        cout << "CryptoStream 额外的加密操作..." << endl;
        stream->Write(data);//写文件流
                            //额外的加密操作...
    }
};


class BufferedStream : public DecoratorStream {
public:
    BufferedStream(Stream* stm) :DecoratorStream(stm) {}
    //...
    virtual char Read(int number) {
        //额外的加密操作...
        cout << "BufferedStream 额外的加密操作..." << endl;
        return stream->Read(number);//读...流
    }
    virtual void Seek(int position) {
        //额外的加密操作...
        cout << "BufferedStream 额外的加密操作..." << endl;
        stream->Seek(position);//定位...流
                               //额外的加密操作...
    }
    virtual void Write(/*byte*/char data) {
        //额外的加密操作...
        cout << "BufferedStream 额外的加密操作..." << endl;
        stream->Write(data);//写...流
                            //额外的加密操作...
    }
};


void Process() {
    //运行时 装配
    FileStream* s1 = new FileStream();
    CryptoStream* s2 = new CryptoStream(s1);

    s2->Read(101);
    s2->Seek(102);
    s2->Write('A');
    cout << endl;

    BufferedStream* s3 = new BufferedStream(s1);

    s3->Read(301);
    s3->Seek(302);
    s3->Write('B');
    cout << endl;

    BufferedStream* s4 = new BufferedStream(s2);

    s4->Read(401);
    s4->Seek(402);
    s4->Write('C');
    cout << endl;
}

int main()
{
    Process();

    getchar();
    return 0;
}

/装饰类：这里有继承，又有组合，大概率是装饰模式/

代码依赖关系：

输出：

CryptoStream 额外的加密操作...
读文件流 101
CryptoStream 额外的加密操作...
定位文件流 102
CryptoStream 额外的加密操作...
写文件流 A

BufferedStream 额外的加密操作...
读文件流 301
BufferedStream 额外的加密操作...
定位文件流 302
BufferedStream 额外的加密操作...
写文件流 B

BufferedStream 额外的加密操作...
CryptoStream 额外的加密操作...
读文件流 401
BufferedStream 额外的加密操作...
CryptoStream 额外的加密操作...
定位文件流 402
BufferedStream 额外的加密操作...
CryptoStream 额外的加密操作...
写文件流 C

类图

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。

装饰模式 Decorator

“单一职责”模式:

动机（Motivation）

模式定义

代码示例

类图

要点总结

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