结构型设计模式

深入理解结构型设计模式：适配器、代理、装饰器模式（C#实例解析）

结构型设计模式专注于类和对象的组合方式，帮助开发者构建灵活、可扩展的软件架构。本文通过实际场景和C#代码示例，详细解析适配器、代理、装饰器三种常用结构型模式。

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一、适配器模式（Adapter Pattern）

核心思想

充当两个不兼容接口之间的桥梁，使原本无法协同工作的类能够协同工作。

应用场景

• 整合第三方库或遗留代码
• 统一多个类的不一致接口

C#代码示例

// 目标接口（客户端期望的格式）
public interface ILogger
{
    void Log(string message);
}

// 需要适配的类（不兼容接口）
public class FileLogger
{
    public void WriteToFile(string content)
    {
        File.WriteAllText("log.txt", content);
    }
}

// 适配器类
public class FileLoggerAdapter : ILogger
{
    private readonly FileLogger _fileLogger;

    public FileLoggerAdapter(FileLogger fileLogger)//通过构造方法取出FileLogger的实例
    {
        _fileLogger = fileLogger;
    }

    public void Log(string message)
    {
        _fileLogger.WriteToFile($"[{DateTime.Now}] {message}");
    }
}

// 使用示例
var adaptee = new FileLogger();
ILogger logger = new FileLoggerAdapter(adaptee);
logger.Log("System initialized"); // 统一调用Log方法

模式特点

• 对象适配器：通过组合实现（推荐）
• 类适配器：通过多继承实现（C#不支持）

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二、代理模式（Proxy Pattern）

核心思想

通过代理对象控制对原始对象的访问，实现权限控制、延迟加载等功能。

应用场景

• 图片/文件延迟加载
• 访问权限控制
• 远程方法调用

C#代码示例

// 服务接口
public interface IImageLoader
{
    void DisplayImage();
}

// 真实服务
public class HighResImage : IImageLoader
{
    private readonly string _filename;

    public HighResImage(string filename)
    {
        // 模拟耗时加载
        Thread.Sleep(2000);
        _filename = filename;
    }

    public void DisplayImage()
    {
        Console.WriteLine($"Displaying {_filename}");
    }
}

// 代理类
public class ImageProxy : IImageLoader
{
    private HighResImage _realImage;
    private readonly string _filename;

    public ImageProxy(string filename)
    {
        _filename = filename;
    }

    public void DisplayImage()
    {
        _realImage ??= new HighResImage(_filename); // 延迟加载
        _realImage.DisplayImage();
    }
}

// 使用示例
IImageLoader image = new ImageProxy("photo.jpg");
// 真实对象尚未创建
image.DisplayImage(); // 此时才加载真实图片

代理类型

• 虚拟代理：延迟创建开销大的对象
• 保护代理：控制访问权限
• 远程代理：本地代表远程对象

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三、装饰器模式（Decorator Pattern）

核心思想

动态地为对象添加新功能，相比继承更加灵活。

应用场景

• 为对象动态添加功能
• 避免使用子类进行功能扩展

C#代码示例

// 组件接口
public abstract class Coffee
{
    public abstract string GetDescription();
    public abstract double GetCost();
}

// 具体组件
public class SimpleCoffee : Coffee
{
    public override string GetDescription() => "Simple Coffee";
    public override double GetCost() => 1.0;
}

// 装饰器基类
public abstract class CoffeeDecorator : Coffee
{
    protected Coffee _decoratedCoffee;

    protected CoffeeDecorator(Coffee coffee)
    {
        _decoratedCoffee = coffee;
    }
}

// 具体装饰器
public class MilkDecorator : CoffeeDecorator
{
    public MilkDecorator(Coffee coffee) : base(coffee) {}

    public override string GetDescription() => 
        _decoratedCoffee.GetDescription() + ", Milk";

    public override double GetCost() => 
        _decoratedCoffee.GetCost() + 0.5;
}

// 使用示例
Coffee order = new SimpleCoffee();
order = new MilkDecorator(order); // 加牛奶
order = new MilkDecorator(order); // 再加一份牛奶

Console.WriteLine($"{order.GetDescription()} - ${order.GetCost()}");
// 输出：Simple Coffee, Milk, Milk - $2.0

模式特点

• 保持开放-封闭原则
• 多层装饰可叠加功能
• 避免类爆炸问题

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模式对比

模式	核心目的	关键区别
适配器	接口转换	解决兼容性问题
代理	访问控制	保持接口一致性
装饰器	功能扩展	动态添加职责

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总结

结构型设计模式通过巧妙的组合方式提升系统灵活性：

• 适配器解决接口不匹配问题
• 代理优化对象访问控制
• 装饰器实现动态功能扩展