8.装饰模式(Decorator Pattern)

时间:2022-02-17 14:15:55
子类复子类,子类何其多

假如我们需要为游戏中开发一种坦克,除了各种不同型号的坦克外,我们还希望在不同场合中为其增加以下一种或多种功能;比如红外线夜视功能,比如水陆两栖功能,比如卫星定位功能等等。
按类继承的作法如下:

//抽象坦克
    public abstract class Tangk
{
public abstract void Shot(); public abstract void Run();
}

各种型号:

    /// <summary>
/// T50型号
/// </summary>
public class T50 : Tangk
{
public override void Shot()
{
Console.WriteLine("T50坦克平均每秒射击5发子弹");
} public override void Run()
{
Console.WriteLine("T50坦克平均每时运行30公里");
}
} /// <summary>
/// T75型号
/// </summary>
public class T75 : Tangk
{
public override void Shot()
{
Console.WriteLine("T75坦克平均每秒射击10发子弹");
}
public override void Run()
{
Console.WriteLine("T75坦克平均每时运行35公里");
}
} /// <summary>
/// T90型号
/// </summary>
public class T90
{
public override void Shot()
{
Console.WriteLine("T90坦克平均每秒射击10发子弹");
}
public override void Run()
{
Console.WriteLine("T90坦克平均每时运行40公里");
}
}

各种不同功能的组合:比如IA具有红外功能接口、IB具有水陆两栖功能接口、IC具有卫星定位功能接口。

    /// <summary>
/// IA具有红外功能接口
/// </summary>
interface IA
{
void Shot_红外线();
} /// <summary>
/// IB具有水陆两栖功能接口
/// </summary>
interface IB
{
void Shot_水陆两栖();
} /// <summary>
/// IC具有卫星定位功能接口
/// </summary>
interface IC
{
void Show_卫星定位();
}
//T50坦克各种功能的组合
    public class T50A : T50, IA{    // T50坦克功能的组合 具有红外功能    }
public class T50B : T50, IB{ // T50坦克功能的组合 具有水陆两栖功能 }
public class T50C : T50, IC{ // T50坦克功能的组合 具有卫星定位功能接口 }
public class T50AB : T50, IA, IB { }
public class T50AC : T50, IA, IC { }
public class T50BC : T50, IB, IC { }
public class T50ABC : T50, IA, IB, IC { }

//T75各种不同型号坦克各种功能的组合

    public class T75A : T75, IA{    // T75坦克功能的组合 具有红外功能    }
public class T75B : T75, IB{ // T75坦克功能的组合 具有水陆两栖功能 }
public class T75C : T75, IC{ // T75坦克功能的组合 具有卫星定位功能接口 }
public class T75AB : T75, IA, IB { }
public class T75AC : T75, IA, IC { }
public class T75BC : T75, IB, IC { }
public class T75ABC : T75, IA, IB, IC { }

//T90各种不同型号坦克各种功能的组合

    public class T90A : T90, IA{    // T90坦克功能的组合 具有红外功能    }
public class T90B : T90, IB{ // T90坦克功能的组合 具有水陆两栖功能 }
public class T90C : T90, IC{ // T90坦克功能的组合 具有卫星定位功能接口 }
public class T90AB : T90, IA, IB { }
public class T90AC : T90, IA, IC { }
public class T90BC : T90, IB, IC { }
public class T90ABC : T90, IA, IB, IC { }

由此可见,如果用类继承实现,子类会爆炸式地增长。
动机(Motivate):
    上述描述的问题根源在于我们“过度地使用了继承来扩展对象的功能”,由于继承为类型引入的静态物质,使得这种扩展方式缺乏灵活性;并且随着子类的增多(扩展功能的增多),各种子类的组合(扩展功能组合)会导致更多子类的膨胀(多继承)。
   如何使“对象功能的扩展”能够根据需要来动态地实现?同时避免“扩展功能的增多”带来的子类膨胀问题?从而使得任何“功能扩展变化”所导致的影响将为最低?
意图(Intent):
    动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说,Decorator模式相比生成子类更为灵活。 
                                                              ------《设计模式》GOF
结构图(Struct):
                 8.装饰模式(Decorator Pattern)

生活中的例子:
                           8.装饰模式(Decorator Pattern)

适用性:
    需要扩展一个类的功能,或给一个类增加附加责任。

需要动态地给一个对象增加功能,这些功能可以再动态地撤销。

需要增加由一些基本功能的排列组合而产生的非常大量的功能,从而使继承关系变得不现实。

实现代码:

    public abstract class Tank
{
public abstract void Shot(); public abstract void Run();
}
    /// <summary>
/// T50型号
/// </summary>
public class T50 : Tank
{
public override void Shot()
{
Console.WriteLine("T50坦克平均每秒射击5发子弹");
} public override void Run()
{
Console.WriteLine("T50坦克平均每时运行30公里");
}
} /// <summary>
/// T75型号
/// </summary>
public class T75 : Tank
{
public override void Shot()
{
Console.WriteLine("T75坦克平均每秒射击10发子弹");
}
public override void Run()
{
Console.WriteLine("T75坦克平均每时运行35公里");
}
} /// <summary>
/// T90型号
/// </summary>
public class T90 : Tank
{
public override void Shot()
{
Console.WriteLine("T90坦克平均每秒射击10发子弹");
}
public override void Run()
{
Console.WriteLine("T90坦克平均每时运行40公里");
}
}
    public abstract class Decorator : Tank
{
private Tank tank; public Decorator(Tank tank)
{
this.tank = tank;
} public override void Shot()
{
tank.Shot();
} public override void Run()
{
tank.Run();
}
}
    public class DecoratorA : Decorator
{
public DecoratorA(Tank tank)
: base(tank)
{ } public override void Shot()
{
//Do some extension //功能扩展 且有红外功能
base.Shot();
} public override void Run()
{
base.Run();
}
}
    class DecoratorB : Decorator
{
public DecoratorB(Tank tank)
: base(tank)
{
} public override void Shot()
{
//Do some extension //功能扩展 且有水陆两栖功能
base.Shot();
} public override void Run()
{
base.Run();
}
}
    class DecoratorC : Decorator
{
public DecoratorC(Tank tank)
: base(tank)
{ } public override void Shot()
{
//Do some extension //功能扩展 且有卫星定位功能
base.Shot();
} public override void Run()
{
base.Run();
}
}
    class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Tank tank = new T50();
DecoratorA da = new DecoratorA(tank); //且有红外功能
DecoratorB db = new DecoratorB(da); //且有红外和水陆两栖功能
DecoratorC dc = new DecoratorC(db); //且有红外、水陆两栖、卫星定们三种功能
dc.Shot();
dc.Run();
}
}

Decorator模式的几个要点:
    通过采用组合、而非继承的手法,Decorator模式实现了在运行时动态地扩展对象功能的能力,而且可以
根据需要扩展多个功能。避免了单独使用继承带来的“灵活性差"和"多子类衍生问题"。
    Component类在Decorator模式中充当抽象接口的角色,不应该去实现具体的行为。而且Decorator类对于Component类应该透明---换言之Component类无需知道Decorator类,Decorator类是从外部来扩展Component类的功能。
    Decorator类在接口上表现为is-a Component的继承关系,即Decorator类继承了Component类所且有的接口。但在实现上又表现has a Component的组合关系,即Decorator类又使用了另外一个Component类。我们可以使用一个或者多个Decorator对象来“装饰”一个Component对象,且装饰后的对象仍然是一个Component对象。
    Decorator模式并非解决”多子类衍生的多继承“问题,Decorator模式应用的要点在于解决“主体
类在多个方向上的扩展功能”------是为“装饰”的含义。

Decorator在.NET(Stream)中的应用:
     8.装饰模式(Decorator Pattern)

可以看到, BufferedStream和CryptoStream其实就是两个包装类,这里的Decorator模式省略了抽象装饰角色(Decorator),示例代码如下:

 1 class Program
 2 
 3 {
 4 
 5     public static void Main(string[] args)
 6 
 7     {
 8 
 9         MemoryStream ms =
10 
11             new MemoryStream(new byte[] { 100,456,864,222,567});
12 
13  
14 
15         //扩展了缓冲的功能
16 
17         BufferedStream buff = new BufferedStream(ms);
18 
19  
20 
21         //扩展了缓冲,加密的功能
22 
23         CryptoStream crypto = new CryptoStream(buff);
24 
25     }
26 
27 }

通过反编译,可以看到BufferedStream类的代码(只列出部分),它是继承于Stream类:

 1 public sealed class BufferedStream : Stream
 2 
 3 {
 4 
 5     // Methods
 6 
 7     private BufferedStream();
 8 
 9     public BufferedStream(Stream stream);
10 
11     public BufferedStream(Stream stream, int bufferSize);
12 
13     // Fields
14 
15     private int _bufferSize;
16 
17     private Stream _s;
18 
19 }