【设计模式 - 结构型模式】4. 装饰模式
在现实生活中，常常需要对现有产品增加新的功能或美化其外观，如房子装修、相片加相框等，这些都可以使用装饰模式。它的主要作用就是：
- 增强一个类原有的功能。
- 为一个类添加新的功能。
并且装饰模式也不会改变原有的类。
在软件开发过程中，有时想用一些现存的组件。这些组件可能只是完成了一些核心功能。但在不改变其结构的情况下，可以动态地扩展其功能。所有这些都可以釆用装饰模式来实现。
一、定义与特点
装饰（Decorator）模式的定义：指在不改变现有对象结构的情况下，动态地给该对象增加一些职责（即增加其额外功能）的模式。
主要优点有：
- 装饰器是继承的有力补充，比继承灵活，在不改变原有对象的情况下，动态的给一个对象扩展功能，即插即用；
- 通过使用不用装饰类及这些装饰类的排列组合，可以实现不同效果；
- 装饰器模式完全遵守开闭原则。
其主要缺点是：装饰模式会增加许多子类，过度使用会增加程序得复杂性。
二、结构与实现
通常情况下，扩展一个类的功能会使用继承方式来实现。但继承具有静态特征，耦合度高，并且随着扩展功能的增多，子类会很膨胀。
如果使用组合关系来创建一个包装对象（即装饰对象）来包裹真实对象，就可以在保持真实对象的类结构不变的前提下，为其提供额外的功能，这就是装饰模式。下面来分析其基本结构和实现方法。
装饰模式的结构
装饰模式主要包含以下角色：
- 抽象构件（Component）角色：定义一个抽象接口以规范准备接收附加责任的对象。
- 具体构件（ConcreteComponent）角色：实现抽象构件，通过装饰角色为其添加一些职责。
- 抽象装饰（Decorator）角色：继承抽象构件，并包含具体构件的实例，可以通过其子类扩展具体构件的功能。
- 具体装饰（ConcreteDecorator）角色：实现抽象装饰的相关方法，并给具体构件对象添加附加的责任。
装饰模式的结构图如下图所示：
装饰模式的实现代码如下：
#include <iostream>
using namespace std;
// 抽象构件角色
class Component {
public:
Component() {}
virtual void operation() {}
};
// 具体构件角色
class ConcreteComponent: public Component {
public:
ConcreteComponent() {
cout << "创建具体构件角色" << endl;
}
void operation() {
cout << "调用具体构件角色的方法operation()" << endl;
}
};
// 抽象装饰角色
class Decorator: public Component {
public:
Decorator(Component *component) {
this->component = component;
}
void operation() {
component->operation();
}
public:
Component *component;
};
// 具体装饰角色
class ConcreteDecorator: public Decorator {
public:
// 关键要加上后面的Decorator(component)
ConcreteDecorator(Component *component):Decorator(component) { }
void operation() {
component->operation();
addedFunction();
}
void addedFunction() {
cout << "为具体构件角色增加额外的功能addedFunction()" << endl;
}
};
int main()
{
Component *com = new ConcreteComponent();
com->operation();
cout << "---------------------------------" << endl;
Component *dec = new ConcreteDecorator(com);
dec->operation();
return 0;
}
程序运行结果如下：
创建具体构件角色
调用具体构件角色的方法operation()
---------------------------------
调用具体构件角色的方法operation()
为具体构件角色增加额外的功能addedFunction()
可以看到，ConcreteDecorator 装饰给 ConcreteComponent 类添加了动作 addedFunction。
三、应用实例
3.1 用于增强功能的装饰模式
我们用程序来模拟一下戴上装饰品提高我们颜值的过程：
#include <iostream>
using namespace std;
// 抽象构件角色：颜值接口
class IBeauty {
public:
IBeauty() {}
virtual int getBeautyValue() {}
};
// 具体构件角色：Me类
class Me: public IBeauty {
public:
// @Override
int getBeautyValue() {
return 100;
}
};
// 具体装饰角色：戒指装饰类
class RingDecorator: public IBeauty {
public:
RingDecorator(IBeauty *me) {
this->me = me;
}
// @Override
int getBeautyValue() {
return me->getBeautyValue() + 20;
}
public:
IBeauty *me;
};
int main()
{
IBeauty *me = new Me();
cout << "我原本的颜值：" << me->getBeautyValue() << endl;
IBeauty *meWithRing = new RingDecorator(me);
cout << "戴上了戒指后，我的颜值：" << meWithRing->getBeautyValue() << endl;
return 0;
}
运行程序，输出如下：
我原本的颜值：100
戴上了戒指后，我的颜值：120
这就是最简单的增强功能的装饰模式。以后我们可以添加更多的装饰类，比如：
// 具体装饰角色：耳环装饰类
class EarringDecorator: public IBeauty {
public:
EarringDecorator(IBeauty *me) {
this->me = me;
}
// @Override
int getBeautyValue() {
return me->getBeautyValue() + 50;
}
private:
IBeauty *me;
};
// 具体装饰角色：项链装饰类
class NecklaceDecorator: public IBeauty {
public:
NecklaceDecorator(IBeauty *me) {
this->me = me;
}
// @Override
int getBeautyValue() {
return me->getBeautyValue() + 50;
}
private:
IBeauty *me;
};
int main()
{
IBeauty *me = new Me();
cout << "我原本的颜值：" << me->getBeautyValue() << endl;
// 随意挑选装饰
IBeauty *meWithRing = new RingDecorator(me);
cout << "戴上了戒指后，我的颜值：" << meWithRing->getBeautyValue() << endl;
// 多次装饰
IBeauty *meWithManyDecorators = new NecklaceDecorator(new RingDecorator(new EarringDecorator(me)));
cout << "戴上耳环、戒指、项链后，我的颜值：" << meWithManyDecorators->getBeautyValue() << endl;
// 任意搭配装饰
IBeauty *meWithNecklaceAndRing = new NecklaceDecorator(new RingDecorator(me));
cout << "戴上戒指、项链后，我的颜值：" << meWithNecklaceAndRing->getBeautyValue() << endl;
return 0;
}
运行程序，输出如下：
我原本的颜值：100
戴上了戒指后，我的颜值：120
戴上耳环、戒指、项链后，我的颜值：220
戴上戒指、项链后，我的颜值：200
可以看到，装饰器也实现了 IBeauty 接口，并且没有添加新的方法，也就是说这里的装饰器仅用于增强功能，并不会改变 Me 原有的功能，这种装饰模式称之为透明装饰模式，由于没有改变接口，也没有新增方法，所以透明装饰模式可以无限装饰。
装饰模式是继承的一种替代方案。本例如果不使用装饰模式，而是改用继承实现的话，戴着戒指的 Me 需要派生一个子类、戴着项链的 Me 需要派生一个子类、戴着耳环的 Me 需要派生一个子类、戴着戒指 + 项链的需要派生一个子类......各种各样的排列组合会造成类爆炸。而采用了装饰模式就只需要为每个装饰品生成一个装饰类即可，所以说就增加对象功能来说，装饰模式比生成子类实现更为灵活。
3.2 用于添加功能的装饰模式
我们用程序来模拟一下房屋装饰粘钩后，新增了挂东西功能的过程：
#include <iostream>
using namespace std;
// 抽象构件角色：颜值接口
class IHouse {
public:
virtual void live() {}
};
// 具体构件角色：房屋类
class House: public IHouse {
public:
// @Override
void live() {
cout << "房屋原有的功能：居住功能" << endl;
}
};
// 抽象装饰角色：粘钩装饰器接口
class IStickyHookHouse: public IHouse {
public:
virtual void hangThings() {}
};
// 具体装饰角色：粘钩装饰类
class StickyHookDecorator: public IStickyHookHouse {
public:
StickyHookDecorator(IHouse *house) {
this->house = house;
}
// @Override
void live() {
house->live();
}
// @Override
void hangThings() {
cout << "有了粘钩后，新增了挂东西功能" << endl;
}
private:
IHouse *house;
};
int main()
{
IHouse *house = new House();
house->live();
// 新增功能
IStickyHookHouse *stickyHookHouse = new StickyHookDecorator(house);
stickyHookHouse->live();
stickyHookHouse->hangThings();
return 0;
}
运行程序，显示如下：
房屋原有的功能：居住功能
房屋原有的功能：居住功能
有了粘钩后，新增了挂东西功能
这就是用于新增功能的装饰模式。我们在接口中新增了方法：hangThings，然后在装饰器中将 House 类包装起来，之前 House 中的方法仍然调用 house 去执行，也就是说我们并没有修改原有的功能，只是扩展了新的功能，这种模式在装饰模式中称之为半透明装饰模式。
为什么叫半透明呢？由于新的接口 IStickyHookHouse 拥有之前 IHouse 不具有的方法，所以我们如果要使用装饰器中添加的功能，就不得不区别对待装饰前的对象和装饰后的对象。也就是说客户端要使用新方法，必须知道具体的装饰类 StickyHookDecorator，所以这个装饰类对客户端来说是可见的、不透明的。而被装饰者不一定要是 House，它可以是实现了 IHouse 接口的任意对象，所以被装饰者对客户端是不可见的、透明的。由于一半透明，一半不透明，所以称之为半透明装饰模式。
我们可以添加更多的装饰器：
// 抽象装饰角色：镜子装饰器的接口
class IMirrorHouse: public IHouse {
public:
virtual void lookMirror() {}
};
// 具体装饰角色：镜子类
class MirrorDecorator: public IMirrorHouse {
public:
MirrorDecorator(IHouse *house) {
this->house = house;
}
// @Override
void live() {
house->live();
}
// @Override
void lookMirror() {
cout << "有了镜子后，新增了照镜子功能" << endl;
}
private:
IHouse *house;
};
int main()
{
IHouse *house = new House();
house->live();
IMirrorHouse *mirrorHouse = new MirrorDecorator(house);
mirrorHouse->live();
mirrorHouse->lookMirror();
return 0;
}
运行程序，输出如下：
房屋原有的功能：居住功能
房屋原有的功能：居住功能
有了镜子后，新增了照镜子功能
现在我们仿照透明装饰模式的写法，同时添加粘钩和镜子装饰试一试：
int main()
{
IHouse *house = new House();
house->live();
IStickyHookHouse *stickyHookHouse = new StickyHookDecorator(house);
IMirrorHouse *houseWithStickyHookMirror = new MirrorDecorator(stickyHookHouse);
houseWithStickyHookMirror->live();
houseWithStickyHookMirror->hangThings(); // 这里会报错，找不到 hangThings 方法
houseWithStickyHookMirror->lookMirror();
return 0;
}
我们会发现，第二次装饰时，无法获得上一次装饰添加的方法。原因很明显，当我们用 IMirrorHouse 装饰器后，接口变为了 IMirrorHouse，这个接口中并没有 hangThings 方法。
那么我们能否让 IMirrorHouse 继承自 IStickyHookHouse，以实现新增两个功能呢？
可以，但那样做的话两个装饰类之间有了依赖关系，那就不是装饰模式了。装饰类不应该存在依赖关系，而应该在原本的类上进行装饰。这就意味着，半透明装饰模式中，我们无法多次装饰。
只要添加了新功能的装饰模式都称之为 半透明装饰模式，他们都具有不可以多次装饰的特点。仔细理解上文半透明名称的由来就知道了，“透明”指的是我们无需知道被装饰者具体的类，既增强了功能，又添加了新功能的装饰模式仍然具有半透明特性。
参考：
