装饰器设计模式
概念
装饰器设计模式，是C++设计模式中的一种。它是一种结构型设计模式，允许向现有对象动态地添加新功能，同时又不改变其结构。这种模式是通过创建一个包装对象来实现的，也就是说，实际对象被包装在装饰器类的实例中。装饰器类实现了与实际对象相同的接口，并且可以添加额外的行为。
应用场景
装饰器模式的核心是功能扩展，使用装饰器模式可以透明且动态地扩展类的功能。在不改变原有类结构的基础上，扩展新的功能。
优点
降低代码之间的耦合性，提高了灵活性，具有更好的扩展性。
示例
下面是三个简单的C++实现装饰器模式的示例，仅供理解该设计模式。
示例一
代码实现
cpp
#include <iostream>
using namespace std;
// 接口
class Component {
public:
virtual void operation() = 0;
};
// 具体组件
class ConcreteComponent : public Component {
public:
virtual void operation() {
cout << "具体对象的操作" << endl;
}
};
// 装饰器
class Decorator : public Component {
protected:
Component* component;
public:
void setComponent(Component* component) {
this->component = component;
}
virtual void operation() {
if (component != nullptr) {
component->operation();
}
}
};
// 具体装饰器
class ConcreteDecoratorA : public Decorator {
public:
virtual void operation() {
Decorator::operation(); // 调用父类的operation
addedBehavior();
}
void addedBehavior() {
cout << "为具体构件A扩展的操作" << endl;
}
};
class ConcreteDecoratorB : public Decorator {
public:
virtual void operation() {
Decorator::operation(); // 调用父类的operation
addedBehavior();
}
void addedBehavior() {
cout << "为具体构件B扩展的操作" << endl;
}
};
int main() {
Component* component = new ConcreteComponent();
Decorator* decorator1 = new ConcreteDecoratorA();
Decorator* decorator2 = new ConcreteDecoratorB();
decorator1->setComponent(component);
decorator2->setComponent(decorator1);
decorator2->operation();
delete decorator2;
delete decorator1;
delete component;
return 0;
}在这个示例中，Component 是接口，定义了操作的抽象方法。ConcreteComponent 是具体的对象。Decorator 是装饰器类，继承自 Component，并包含一个指向 Component 对象的指针。ConcreteDecoratorA 和 ConcreteDecoratorB 是具体的装饰器类，继承自 Decorator，并在 operation 方法中扩展了额外的行为。
在 main 函数中，我们创建了一个具体的对象 component，然后通过 ConcreteDecoratorA 和 ConcreteDecoratorB 对其进行装饰，最终调用 decorator2 的 operation 方法。
运行结果
示例二
使用装饰器模式实现一个计算图形面积的程序，并添加日志记录功能。
代码实现
cpp
#include <iostream>
#include <string>
// 定义一个接口类
class Shape {
public:
virtual double getArea() = 0;
};
// 实现接口类的具体类
class Rectangle : public Shape {
private:
double width;
double height;
public:
Rectangle(double w, double h) : width(w), height(h) {}
double getArea() override {
std::cout << "Rectangle::getArea() - calculating area..." << std::endl;
return width * height;
}
};
// 实现一个装饰器类，用于给具体类添加额外的功能
class ShapeDecorator : public Shape {
protected:
Shape* decoratedShape; // 保存一个指向被装饰对象的指针
public:
ShapeDecorator(Shape* shape) : decoratedShape(shape) {}
double getArea() override {
return decoratedShape->getArea(); // 调用被装饰对象的操作
}
};
// 具体的装饰器类，添加日志记录功能
class LoggingShapeDecorator : public ShapeDecorator {
private:
std::string message;
public:
LoggingShapeDecorator(Shape* shape, std::string msg) : ShapeDecorator(shape), message(msg) {}
double getArea() override {
std::cout << message << " - starting calculation..." << std::endl;
double result = decoratedShape->getArea(); // 调用被装饰对象的操作
std::cout << message << " - calculation complete." << std::endl;
return result;
}
};
int main() {
Shape* rectangle = new Rectangle(5, 10); // 创建一个具体对象
Shape* loggingRectangle = new LoggingShapeDecorator(rectangle, "Rectangle::getArea()"); // 创建一个被装饰的对象，并添加日志记录功能
std::cout << "Area: " << rectangle->getArea() << std::endl; // 输出 "Rectangle::getArea() - calculating area..." 和 "Area: 50"
std::cout << "Area (with logging): " << loggingRectangle->getArea() << std::endl; // 输出 "Rectangle::getArea() - starting calculation...", "Rectangle::getArea() - calculating area...", "Rectangle::getArea() - calculation complete." 和 "Area (with logging): 50"
delete rectangle; // 释放内存
delete loggingRectangle; // 释放内存
return 0;
}运行结果
示例三
使用装饰器模式编写一个绘图功能，并模拟添加一些额外的功能。
实现代码
cpp
#include <iostream>
#include <string>
// 定义一个接口类
class Shape {
public:
virtual void draw() = 0;
};
// 实现接口类的具体类
class Rectangle : public Shape {
public:
void draw() override {
std::cout << "Rectangle::draw()" << std::endl;
}
};
// 实现一个装饰器类，用于给具体类添加额外的功能
class ShapeDecorator : public Shape {
protected:
Shape* decoratedShape; // 保存一个指向被装饰对象的指针
public:
ShapeDecorator(Shape* shape) : decoratedShape(shape) {}
void draw() override {
decoratedShape->draw(); // 调用被装饰对象的操作
}
};
// 具体的装饰器类，添加新的功能
class RedShapeDecorator : public ShapeDecorator {
public:
RedShapeDecorator(Shape* shape) : ShapeDecorator(shape) {}
void draw() override {
decoratedShape->draw(); // 调用被装饰对象的操作
std::cout << "RedShapeDecorator::draw() - draw red border" << std::endl;
}
};
int main() {
Shape* rectangle = new Rectangle(); // 创建一个具体对象
Shape* redRectangle = new RedShapeDecorator(new Rectangle()); // 创建一个被装饰的对象
rectangle->draw(); // 输出 "Rectangle::draw()"
redRectangle->draw(); // 输出 "Rectangle::draw()" 和 "RedShapeDecorator::draw() - draw red border"
delete rectangle; // 释放内存
delete redRectangle; // 释放内存
return 0;
}运行结果
总结
装饰器设计模式其本质上还是使用多态的原理，提供了一种可扩展功能的设计模式。