设计模式——单一职责模式之装饰模式

news/2025/3/15 11:04:13/

文章目录

  • 前言
  • 一、“单一职责” 模式
  • 二、Decorator 装饰模式
    • 1、动机
    • 2、模式定义
    • 3、伪代码示例
      • ①、第一种写法
      • ②、第二种写法
      • ③、第三种写法
    • 4、结构
  • 总结

前言

一、“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

二、Decorator 装饰模式

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、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）。

3、伪代码示例

有这样一种设计场景，需要设计一个 IO 库流操作，针对流操作我们有很多的需求，比如说文件流、网络流以及内存流，我们也有需要对流进行加密，对流进行缓存等等各种各样的操作。

①、第一种写法

decorator1.cpp

//decorator1.cpp
//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(){}
};//文件流主体类
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}
};//网络流主体类
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}
};//内存流主体类
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---加密操作
class CryptoFileStream :public FileStream{
public:virtual char Read(int number){//额外的加密操作...FileStream::Read(number);//读文件流  静态特质，确定了只能调FileStream }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 静态特质，确定了只能调NetworkStream}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{//...
}// 加密缓冲操作
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();
}

涉及到的结构：
在这里插入图片描述
类的规模为：1 + n + n × m ! / 2
这份代码存在冗余，加密操作都是相同的，代码大量的重复。

②、第二种写法

重构

decorator2.cpp

//decorator2.cpp
//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，继承自Stream，是为了符合虚函数的接口规范
class CryptoStream: public Stream {Stream* stream;//...new FileStream() / new NetworkStream() /...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   动态特质，在运行时确定stream的具体类型}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;//...public:BufferedStream(Stream* stm) : stream(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);
}

修改后的优点：将“继承”改成“对象组合"，使用多态，在运行时确定具体类型，“编译时装配"变成了"运行时装配”。

③、第三种写法

进一步优化：将相同字段提到一个新的基类 DecoratorStream 中：

//decorator3.cpp
//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 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{
public:BufferedStream(Stream* stm):DecoratorStream(stm){}//...
};void Process(){//运行时装配FileStream* s1=new FileStream();CryptoStream* s2=new CryptoStream(s1); // 加密操作BufferedStream* s3=new BufferedStream(s1); // 缓冲操作BufferedStream* s4=new BufferedStream(s2); // 加密缓冲操作
}

此时类关系：
在这里插入图片描述
类的规模：1 + n + 1 + m

4、结构

在这里插入图片描述

【注】：

  • Component -> Stream (稳定)
  • Decorator -> DecoratorStream （稳定）
  • ConcreteComponent -> FileStream/NetworkStream/… （变化）
  • ConcreteDecoratorX-> CryptoStream / BufferedStream (变化)

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。【注：DecoratorStream 类继承自 Stream，同时又有一个 Stream 类型的字段，一般这种既继承又组合的方式通常都是装饰模式。例子中的继承是为了完善接口的规范，组合是为了支持实现具体的类】
  • 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。

我的qq：2442391036，欢迎交流！


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