设计模式每日硬核训练 Day 12：装饰器模式（Decorator Pattern）完整讲解与实战应用

🔄 回顾 Day 11：适配器模式小结

在 Day 11 中，我们学习了适配器模式（Adapter Pattern）：

用于将"不兼容"的接口适配为目标接口，解决新旧系统之间的桥接问题。
强调"接口兼容、外部桥接"，通常用于第三方组件、老旧库的接入。

而今天我们要讲解的装饰器模式，则是：

在不改变原始类结构的前提下，动态为对象添加功能，是继承的优雅替代。

一、装饰器模式的核心动机

✅ 什么是装饰器？

装饰器模式（Decorator Pattern）用于：

将对象进行包装，在其行为之前/之后添加额外逻辑。
避免子类膨胀（继承爆炸），提升灵活性与组合性。

🎯 场景动机：

IO 流中，数据流可多层压缩/加密/缓冲
GUI 元素，增加边框、滚动条、阴影等效果
日志功能，输出前加时间戳、加颜色、记录文件

二、UML 结构图

复制代码

+----------------+
|   Component    |<------------------+
+----------------+                   |
| +operation()   |                   |
+----------------+                   |
        /\                            |
        ||                            |
+----------------+           +-----------------+
| ConcreteComponent |        |  Decorator      |
+----------------+           +-----------------+
                             | - component: Component* |
                             | +operation() override   |
                             +-----------------+
                                     /\
                                     ||
                        +---------------------------+
                        | ConcreteDecoratorA/B/...  |
                        +---------------------------+

三、角色解析

角色	职责说明
Component	抽象组件接口，定义操作行为
ConcreteComponent	实际的核心功能类
Decorator	抽象装饰器，持有组件引用，重写 operation
ConcreteDecorator	具体装饰功能的子类，添加增强行为

四、C++ 实现：消息输出增强系统

✅ Component 抽象接口

cpp 复制代码

class IMessage {
public:
    virtual void send(const std::string& content) = 0;
    virtual ~IMessage() = default;
};

✅ 具体实现类

cpp 复制代码

class SimpleMessage : public IMessage {
public:
    void send(const std::string& content) override {
        std::cout << content << std::endl;
    }
};

✅ 抽象装饰器

cpp 复制代码

class MessageDecorator : public IMessage {
protected:
    std::unique_ptr<IMessage> wrappee_;
public:
    MessageDecorator(std::unique_ptr<IMessage> wrappee)
        : wrappee_(std::move(wrappee)) {}
};

✅ 时间戳装饰器

cpp 复制代码

class TimestampDecorator : public MessageDecorator {
public:
    using MessageDecorator::MessageDecorator;

    void send(const std::string& content) override {
        std::cout << "[Time] 2025-04-12: ";
        wrappee_->send(content);
    }
};

✅ 加密装饰器（简单）

cpp 复制代码

class EncryptDecorator : public MessageDecorator {
public:
    using MessageDecorator::MessageDecorator;

    void send(const std::string& content) override {
        std::string encrypted = "<encrypted:" + content + ">";
        wrappee_->send(encrypted);
    }
};

✅ 使用示例

cpp 复制代码

int main() {
    std::unique_ptr<IMessage> message = std::make_unique<SimpleMessage>();

    message = std::make_unique<TimestampDecorator>(std::move(message));
    message = std::make_unique<EncryptDecorator>(std::move(message));

    message->send("Hello World!");
    return 0;
}

输出：

复制代码

[Time] 2025-04-12: <encrypted:Hello World!>

五、装饰器 vs 继承

比较项	装饰器	子类继承
可组合性	✅ 支持任意层级嵌套	❌ 单继承不支持组合
可扩展性	✅ 添加装饰器即可	❌ 添加功能需新建子类
运行时决定	✅ 装饰器可动态组合	❌ 继承结构在编译期固定

六、实战应用举例

场景	装饰器用途说明
C++ IO Stream	std::istream → std::ifstream → std::istringstream
日志系统	添加标签、时间、线程 ID
游戏角色行为	攻击装饰：暴击 → 穿透 → 吸血
网络请求处理链	添加重试机制 → 添加限流 → 添加缓存
Web Filter 框架	Spring Filter Chain（Java 中广泛使用）

七、与其他结构型模式对比

模式	意图	是否更改原对象
Decorator	增强已有对象功能	❌（包裹）
Proxy	控制访问、权限、懒加载	❌（控制访问）
Adapter	接口转换，兼容老接口	❌（桥接）
Bridge	接口与实现分离，双维度变化	✅（实现层变化）

八、面试回答模板

"我们使用装饰器模式为日志系统添加了格式增强功能，比如加上时间戳、线程信息以及日志等级，而不需要改动原有的日志类。装饰器让我们可以灵活组合这些功能，并且在运行时动态配置，适合多种环境。"

✅ 建议强调运行时组合、非侵入式增强、支持多层扩展等特性。

九、记忆口诀

"增强不改类，功能可叠加；运行时组合，结构更优雅。"

十、明日预告：Day 13

桥接模式（Bridge Pattern）：将接口与实现解耦，适用于双维度扩展场景。