【设计模式】装饰者模式

本篇介绍了装饰者模式及相关的面向对象设计原则。装饰者模式动态的将责任附加到对象身上，扩展功能时，装饰者模式相比于继承能为系统带来更好的弹性。

1 引例

一个咖啡饮料系统需要为所有类型的饮料定义各自的类，最原始的设计是这样：

在购买饮料时，顾客可以在某种饮料的基础上加入各种调料，比如奶泡、摩卡等，不同调料的价格也不同，组合而成的饮料价格也就不同，不同的调料搭配不同的饮料可能会出现无数种组合，如果一味的使用继承，将会使饮料子类的数量急剧膨胀，难以管理的同时还会出现大量的重复代码。因此我们希望能有一种设计模式来解决这种问题。

2 装饰者模式

设计原则：开放-关闭原则，对扩展开放，对修改关闭。

开放-关闭原则是指当一个类设计好之后，尽可能不对他进行修改，但又能允许该类进行扩展，也就是在不修改现有代码的前提下，扩展新的行为。装饰者模式就实现了这一目的。

以一杯加了奶泡和摩卡的深焙咖啡为例，构建这样一种饮品的流程是：

这就是一个装饰者模式的流程，装饰者模式的类图结构如下：

按着上面的类图，饮料就作为组件，具体的饮料类型对应于具体组件，而调料作为装饰器，具体的调料对应不同的具体装饰器，于是我们可以开始用装饰者模式实现上面的饮料系统。

首先是组件（饮料）类：

class Component {
public:
    // 其他内容...
    
    string discription = "Unknow Beverage";
    string getDiscription() {
        return discription;
    }
    
    virtual double cost() = 0;
};

装饰器（调料）要和组件是同一类，这样才能保证所有装饰器都能代替组件，调用同一个接口，因此需要继承于组件类：

class Decorator : public Component {
public:
    // 所有调料都要有自己的描述，这样才能输出完整的配料
    virtual string getDiscription() = 0;
};

接下来实现一个具体组件类，比如浓缩咖啡（Espresso）类：

class Espresso : public Component {
public:
    Espresso() {
        discription = "Espresso";
    }
    
    virtual double cost() {
        return 1.99;
    }
};

然后实现一个具体装饰器，比如摩卡（Mocha）类：

class Mocha : public Decorator {
private:
    Component* beverage;	//被装饰者
public:
    Mocha(Component* b) : beverage(b) {}
    
    virtual string getDiscription() {
        return beverage->getDiscription() + ", Mocha";
    }
    
    virtual double cost() {
        return beverage->cost() + 0.2;
    }  
};

按照上面的方法可以构建不同的饮料和调料，之后就可以随意组合了，在调用的时候也会变得无比方便：

int main() {
    Component* beverage = new Espresso();	// 一杯浓缩咖啡
    beverage = new Mocha(beverage);			// 加入一份摩卡
    beverage = new Whip(beverage);			// 加入一份奶泡
    beverage = new Sugar(beverage);			// 加入一份糖
    cout << beverage.getDiscription() << endl;
    cout << beverage.cost() << endl;
    return 0;
}

总结来看，装饰者类是一个组件类，也就是和被装饰者是 is-a 的关系，但同时装饰者类中又包含组件类，对组件类进行扩展，因此二者之间还存在 has-a 的关系。装饰者模式利用组合解决了继承带来的子类膨胀和灵活性差的问题。