设计模式——单一职责模式之装饰模式

Gnep@97

发布于 2023-08-10 10:32:36

1860

发布于 2023-08-10 10:32:36

文章被收录于专栏：Gnep's_Technology_Blog

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：

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：

类的规模：1 + n + 1 + m

4、结构

【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。

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原始发表：2023-05-12，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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