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【C++设计模式之装饰模式:结构型】分析及示例

装饰模式(Decorator Pattern)是一种结构型设计模式,它允许在运行时动态地给一个对象添加额外的行为。

描述

装饰模式通过创建一个包装器(Wrapper)来包裹原始对象,并在原始对象的行为前后添加额外的功能。通过这种方式,可以实现在不改变原始对象结构的情况下,动态地给对象添加新的功能。

原理

装饰模式的核心思想是使用继承和组合。创建一个装饰器类,它继承自原始对象所属的抽象类或接口,并且内部持有一个原始对象的引用。装饰器类通过重写原始对象的方法,并在方法的前后添加额外的行为逻辑。

类图

在这里插入图片描述
其中的各个类的作用如下:

抽象组件(Component): 可以是接口或者抽象类,它定义了具体类以及装饰器所拥有的方法。
具体组件(ComponentA, ComponentB):具体的组件,实现或者继承自抽象组件。可以理解成上述场景中已存在的类。
抽象装饰器(Decorator):通常为抽象类,持有一个被装饰的对象,定义了具体装饰器的方法。此类非必须也可以没有,具体装饰器也可直接继承或者实现抽象组件。
具体装饰器(DecoratorX, DecoratorY):具体的装饰器,继承自抽象装饰器(也可直接继承自抽象组件),扩展了抽象组件的某些功能。

示例

假设有一个咖啡店,咖啡有不同种类(如浓缩咖啡、美式咖啡)和不同口味的添加物(如牛奶、糖)。希望能够动态地给咖啡添加不同的口味,而不需要修改咖啡类的代码。

首先,定义一个咖啡的抽象类(Coffee),其中包含一个获取描述的方法(getDescription)和获取价格的方法(getPrice)。
然后,创建具体的咖啡类(Espresso、Americano),它们各自实现了抽象类的方法。
接下来,创建一个装饰器类(CoffeeDecorator),它也继承自咖啡的抽象类,并持有一个咖啡对象的引用。
装饰器类可以通过重写抽象类的方法,在方法的前后添加额外的行为。

C++示例代码如下:

// 咖啡抽象类
class Coffee {
public:virtual string getDescription() = 0;virtual double getPrice() = 0;
// 浓缩咖啡
class Espresso : public Coffee {
public:string getDescription() override {return "Espresso";}double getPrice() override {return 1.99;}
};// 美式咖啡
class Americano : public Coffee {
public:string getDescription() override {return "Americano";}double getPrice() override {return 2.39;}
};// 咖啡装饰器类
class CoffeeDecorator : public Coffee {
protected:Coffee* coffee;public:CoffeeDecorator(Coffee* coffee) : coffee(coffee) {}string getDescription() override {return coffee->getDescription();}double getPrice() override {return coffee->getPrice();}
};// 牛奶装饰器
class MilkDecorator : public CoffeeDecorator {
public:MilkDecorator(Coffee* coffee) : CoffeeDecorator(coffee) {}string getDescription() override {return coffee->getDescription() + ", Milk";}double getPrice() override {return coffee->getPrice() + 0.5;}
};// 糖装饰器
class SugarDecorator : public CoffeeDecorator {
public:SugarDecorator(Coffee* coffee) : CoffeeDecorator(coffee) {}string getDescription() override {return coffee->getDescription() + ", Sugar";}double getPrice() override {return coffee->getPrice() + 0.3;}
};// 使用示例
int main() {Coffee* espresso = new Espresso();cout << "Description: " << espresso->getDescription() << endl;cout << "Price: $" << espresso->getPrice() << endl;Coffee* espressoWithMilk = new MilkDecorator(espresso);cout << "Description: " << espressoWithMilk->getDescription() << endl;cout << "Price: $" << espressoWithMilk->getPrice() << endl;delete espresso;espresso = 0;delete espressoWithMilk;espressoWithMilk = 0;return 0;
}

输出结果

Description: Espresso
Price: $1.99
Description: Espresso, Milk
Price: $2.49
首先,输出浓缩咖啡(Espresso)的描述为"Espresso",价格为$1.99。
然后,输出牛奶装饰器(MilkDecorator)装饰后的浓缩咖啡的描述为"Espresso, Milk",价格为$2.49

解释

在上述示例中,定义了咖啡的抽象类(Coffee),并创建了具体的浓缩咖啡类(Espresso)和美式咖啡类(Americano)。
然后,创建了一个咖啡装饰器类(CoffeeDecorator),它继承自咖啡的抽象类,并持有一个咖啡对象的引用。
进一步,创建了具体的装饰器类,如牛奶装饰器(MilkDecorator)和糖装饰器(SugarDecorator),它们分别继承自咖啡装饰器类。

在示例中,首先创建了一个浓缩咖啡对象,并输出其描述和价格。
然后,用牛奶装饰器(MilkDecorator)装饰该浓缩咖啡对象,再次输出描述和价格。
可以看到,装饰器类在不改变原始咖啡对象的情况下,给其添加了额外的行为。

结论

装饰模式通过包装原始对象,在不改变其结构的前提下,动态地给对象添加额外的功能。这样可以实现代码的易扩展性和灵活性。

应用场景

装饰模式适用于以下情况:

  1. 当需要给一个对象动态地添加额外的行为时;
  2. 当需要在不改变对象结构的情况下,对对象的某些行为进行扩展;
  3. 当不适合使用继承来扩展对象功能时。

装饰模式可以应用于各种场景,如日志记录、权限验证、性能监控等。它可以灵活地给对象添加多个装饰器,实现各种组合效果,且与原始对象无关。

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