设计模式之装饰模式（学习笔记）

定义

装饰模式（Decorator Pattern），又称为包装模式，是一种结构型设计模式。它允许在不改变现有对象结构的情况下，动态地添加新的功能。通过将每个功能封装在单独的装饰器类中，并且这些装饰器类通过引用原始对象来实现功能的组合，从而提供了灵活性和可扩展性的优势。装饰模式避免了通过继承方式增加功能所带来的复杂性，使得功能的添加和组合更加高效和清晰。

为什么使用装饰模式？

1. 灵活性和可扩展性

• 装饰模式允许按需动态地添加或移除对象的功能，而不会影响其他部分的代码。
• 通过组合不同的装饰器类，可以创建出多种不同的对象组合，以满足不同的需求，避免了静态继承所带来的类爆炸问题。

2. 单一职责原则

• 每个装饰器类只关注于一个特定的功能或责任，这符合单一职责原则，使得代码结构更加清晰和易于维护。

3. 透明性

• 装饰器类与原始对象实现相同的接口，因此对客户端来说是透明的。
• 客户端可以像使用原始对象一样使用装饰后的对象，无需关心对象内部的具体装饰结构。

装饰模式的实现步骤

1. 抽象组件类

• 定义了被装饰对象的接口，它可能是一个抽象类或接口，包含了所有具体组件类和装饰器类都会实现的方法（抽象被装饰者的行为）。

2. 具体组件类

• 实现抽象组件接口，表示原始对象的基本行为或功能（继承抽象组件类，被装饰者行为的具体实现）。

3. 抽象装饰器类

• 扩展了抽象组件类，同时持有一个指向抽象组件对象的引用。
• 这个类可以选择性地添加一些额外的行为，但其主要作用是通过引用调用原始对象的方法（继承抽象组件类）。

4. 具体装饰器类

• 扩展了抽象装饰器类，通过在调用父类方法前后添加新的行为来实现功能的扩展。
• 具体装饰器类可以是多个，可以互相组合，以形成复杂的装饰结构（继承抽象装饰器类）。

优缺点和适用场景

优点

1. 灵活性

• 动态地为对象添加功能，避免了静态继承的限制。

2. 可扩展性

• 通过组合不同的装饰器类，可以实现多种功能组合，符合开闭原则。

3. 单一职责原则

• 每个装饰器类只关注于一个功能，使得代码结构清晰。

缺点

1. 复杂性增加

• 可能会导致装饰器类的数量增加，增加了系统的复杂度和理解难度。

2. 装饰顺序问题

• 如果装饰器的顺序不正确，可能会影响最终的功能实现。

适用场景

1. 动态添加功能

• 当需要动态地为对象添加额外功能时，而又不希望生成大量子类时，可以使用装饰模式。

2. 透明且灵活地扩展对象的功能

• 当需要透明且灵活地扩展对象的功能时，装饰模式尤为适用，例如在不影响其他对象的情况下动态添加功能。

咖啡店的例子

假设我们有一个咖啡店，卖基础的咖啡和各种附加调料（如牛奶、糖、巧克力等）。我们可以使用装饰模式来实现这种功能扩展。

#include <iostream>
#include <memory>  // 提供智能指针的定义和实现
// 抽象组件类：咖啡
class Coffee {
public:
    virtual ~Coffee() {}
    // 获取咖啡描述的方法，纯虚函数
    virtual std::string getDescription() const = 0;
    // 获取咖啡价格的方法，纯虚函数
    virtual double cost() const = 0;
};
// 具体组件类：基本咖啡
class BasicCoffee : public Coffee {
public:
    // 实现获取描述的方法
    std::string getDescription() const override {
        return "Basic Coffee";
    }
    // 实现获取价格的方法
    double cost() const override {
        return 5.0; // 基本咖啡的价格
    }
};
// 抽象装饰器类：咖啡装饰器
class CoffeeDecorator : public Coffee {
protected:
    // 持有一个指向被装饰对象的指针
    std::shared_ptr<Coffee> coffee;
public:
    // 构造函数，接受一个被装饰对象的指针
    CoffeeDecorator(std::shared_ptr<Coffee> coffee) : coffee(coffee) {}
    // 实现获取描述的方法，调用被装饰对象的方法
    std::string getDescription() const override {
        return coffee->getDescription();
    }
    // 实现获取价格的方法，调用被装饰对象的方法
    double cost() const override {
        return coffee->cost();
    }
};
// 具体装饰器类：牛奶装饰器
class MilkDecorator : public CoffeeDecorator {
public:
    // 构造函数，接受一个被装饰对象的指针
    MilkDecorator(std::shared_ptr<Coffee> coffee) : CoffeeDecorator(coffee) {}
    // 实现获取描述的方法，添加牛奶的描述
    std::string getDescription() const override {
        return coffee->getDescription() + ", Milk";
    }
    // 实现获取价格的方法，添加牛奶的价格
    double cost() const override {
        return coffee->cost() + 1.5; // 牛奶的价格
    }
};
// 具体装饰器类：糖装饰器
class SugarDecorator : public CoffeeDecorator {
public:
    // 构造函数，接受一个被装饰对象的指针
    SugarDecorator(std::shared_ptr<Coffee> coffee) : CoffeeDecorator(coffee) {}
    // 实现获取描述的方法，添加糖的描述
    std::string getDescription() const override {
        return coffee->getDescription() + ", Sugar";
    }
    // 实现获取价格的方法，添加糖的价格
    double cost() const override {
        return coffee->cost() + 0.5; // 糖的价格
    }
};
int main() {
    // 创建一个基本咖啡对象
    std::shared_ptr<Coffee> basicCoffee = std::make_shared<BasicCoffee>();
    std::cout << "Description: " << basicCoffee->getDescription() << ", Cost: " <<  basicCoffee->cost() << " RMB" << std::endl;
    // 用牛奶装饰基本咖啡
    std::shared_ptr<Coffee> coffeeWithMilk =  std::make_shared<MilkDecorator>(basicCoffee);
    std::cout << "Description: " << coffeeWithMilk->getDescription() << ", Cost: "  << coffeeWithMilk->cost() << " RMB" << std::endl;
    // 再用糖装饰已加牛奶的咖啡
    std::shared_ptr<Coffee> coffeeWithMilkAndSugar =  std::make_shared<SugarDecorator>(coffeeWithMilk);
    std::cout << "Description: " << coffeeWithMilkAndSugar->getDescription() << ",  Cost: " << coffeeWithMilkAndSugar->cost() << " RMB" << std::endl;
    return 0;
}