C++ 装饰器模式

装饰器模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，允许在不修改对象代码的情况下，动态为对象添加新功能。通过将对象包装在装饰器类中实现，遵循开放-封闭原则（对扩展开放，对修改封闭）。

适用场景 ：
- 动态扩展对象功能（如为咖啡加配料、为函数加日志）。
- 需要组合多种功能。
核心组件 ：
- 抽象组件：定义接口。
- 具体组件：被装饰的原始对象。
- 抽象装饰器：持有一个组件对象，扩展接口。
- 具体装饰器：实现具体功能的扩展。

📝 C++11 实现示例

以下是一个咖啡店订单系统示例，展示如何用装饰器模式为咖啡动态添加牛奶和糖。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>

// 抽象组件：咖啡接口
class Coffee {
public:
    virtual std::string getDescription() const = 0;
    virtual double cost() const = 0;
    virtual ~Coffee() = default;
};

// 具体组件：基础咖啡
class SimpleCoffee : public Coffee {
public:
    std::string getDescription() const override { return "Simple Coffee"; }
    double cost() const override { return 1.0; }
};

// 抽象装饰器
class CoffeeDecorator : public Coffee {
protected:
    std::unique_ptr<Coffee> coffee_;
public:
    explicit CoffeeDecorator(std::unique_ptr<Coffee> coffee) : coffee_(std::move(coffee)) {}
    std::string getDescription() const override { return coffee_->getDescription(); }
    double cost() const override { return coffee_->cost(); }
};

// 具体装饰器：加牛奶
class MilkDecorator : public CoffeeDecorator {
public:
    explicit MilkDecorator(std::unique_ptr<Coffee> coffee) : CoffeeDecorator(std::move(coffee)) {}
    std::string getDescription() const override { return coffee_->getDescription() + ", Milk"; }
    double cost() const override { return coffee_->cost() + 0.5; }
};

// 具体装饰器：加糖
class SugarDecorator : public CoffeeDecorator {
public:
    explicit SugarDecorator(std::unique_ptr<Coffee> coffee) : CoffeeDecorator(std::move(coffee)) {}
    std::string getDescription() const override { return coffee_->getDescription() + ", Sugar"; }
    double cost() const override { return coffee_->cost() + 0.3; }
};

// 测试
int main() {
    auto coffee = std::make_unique<SimpleCoffee>();
    std::cout << coffee->getDescription() << ": $" << coffee->cost() << '\n';

    coffee = std::make_unique<MilkDecorator>(std::move(coffee));
    std::cout << coffee->getDescription() << ": $" << coffee->cost() << '\n';

    coffee = std::make_unique<SugarDecorator>(std::move(coffee));
    std::cout << coffee->getDescription() << ": $" << coffee->cost() << '\n';

    return 0;
}

输出

复制代码

Simple Coffee: $1
Simple Coffee, Milk: $1.5
Simple Coffee, Milk, Sugar: $1.8

🔍 代码解析

接口（Coffee） ：定义getDescription和cost方法。
基础对象（SimpleCoffee）：实现基本咖啡功能。
装饰器（CoffeeDecorator） ：通过std::unique_ptr持有Coffee对象，支持递归包装。
具体装饰器（MilkDecorator, SugarDecorator）：扩展描述和价格。
C++11特性 ：
- std::unique_ptr：管理内存，防止泄漏。
- std::move：优化对象传递。
- override：确保虚函数正确重写。

✅ 优点

灵活性：运行时动态添加功能。
可扩展：易于新增装饰器（如加巧克力）。
单一职责：每个装饰器只负责一种功能。

⚠️ 缺点

多层装饰可能增加代码复杂性。
可能有轻微性能开销（调用链）。

🛠️ 注意事项

确保组件和装饰器接口一致。
避免过度装饰，保持代码清晰。
C++装饰器模式基于类的组合，与Python的函数装饰器（基于闭包）不同。

🌟 其他应用场景

日志系统：为函数添加日志。
权限控制：为操作添加权限检查。
数据流：为I/O流添加加密、压缩等功能。