c++设计模式-装饰模式

近来学习李建中老师的课程，略有所得，作了一些整理
动机
在某些情况下我们可能会“过度地使用继承来扩展对象的功能”， 由于继承为类型引入的静态特质，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（扩展功能的组合）会导致更多子类的膨胀。
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？
模式定义
动态（组合）地给一个对象增加一些额外的职责。就增加功能而言，Decorator模式比生成子类（继承）更为灵活（消除重复代码 & 减少子类个数）。
——《设计模式》GoF

结构

示例
以下设计一系列流操作

分别为文件流、网络流和内存流扩展加密、缓冲等功能

//业务操作
class Stream{
public：
    virtual char Read(int number)=0;
    virtual void Seek(int position)=0;
    virtual void Write(char data)=0;

    virtual ~Stream(){}
};

//主体类
class FileStream: public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读文件流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位文件流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写文件流
    }

};

class NetworkStream :public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读网络流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位网络流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写网络流
    }

};

class MemoryStream :public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读内存流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位内存流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写内存流
    }

};

//扩展操作
class CryptoFileStream :public FileStream{
public:
    virtual char Read(int number){

        //额外的加密操作...
        FileStream::Read(number);//读文件流

    }
    virtual void Seek(int position){
        //额外的加密操作...
        FileStream::Seek(position);//定位文件流
        //额外的加密操作...
    }
    virtual void Write(byte data){
        //额外的加密操作...
        FileStream::Write(data);//写文件流
        //额外的加密操作...
    }
};

class CryptoNetworkStream : :public NetworkStream{
public:
    virtual char Read(int number){

        //额外的加密操作...
        NetworkStream::Read(number);//读网络流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //额外的加密操作...
        NetworkStream::Seek(position);//定位网络流
        //额外的加密操作...
    }
    virtual void Write(byte data){
        //额外的加密操作...
        NetworkStream::Write(data);//写网络流
        //额外的加密操作...
    }
};

class CryptoMemoryStream : public MemoryStream{
public:
    virtual char Read(int number){

        //额外的加密操作...
        MemoryStream::Read(number);//读内存流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //额外的加密操作...
        MemoryStream::Seek(position);//定位内存流
        //额外的加密操作...
    }
    virtual void Write(byte data){
        //额外的加密操作...
        MemoryStream::Write(data);//写内存流
        //额外的加密操作...
    }
};

可以看见，像这样层层继承下去，子类急剧膨胀，且存在大量重复代码。
我们这样设计

这样子类的数量大为减少，前者是乘法，这里是加法，显而易见。

//业务操作
class Stream{

public：
    virtual char Read(int number)=0;
    virtual void Seek(int position)=0;
    virtual void Write(char data)=0;

    virtual ~Stream(){}
};

//主体类
class FileStream: public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读文件流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位文件流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写文件流
    }

};

class NetworkStream :public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读网络流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位网络流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写网络流
    }

};

class MemoryStream :public Stream{
public:
    virtual char Read(int number){
        //读内存流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //定位内存流
    }
    virtual void Write(char data){
        //写内存流
    }

};

//扩展操作

DecoratorStream: public Stream{
    //这里继承Stream是为了完善接口规范
protected:
    Stream* stream;//...以组合的方式来引出未来多态的变化

    DecoratorStream(Stream * stm):stream(stm){

    }

};

class CryptoStream: public DecoratorStream {


public:
    CryptoStream(Stream* stm):DecoratorStream(stm){

    }


    virtual char Read(int number){

        //额外的加密操作...
        stream->Read(number);//读文件流
    }
    virtual void Seek(int position){
        //额外的加密操作...
        stream->Seek(position);//定位文件流
        //额外的加密操作...
    }
    virtual void Write(byte data){
        //额外的加密操作...
        stream->Write(data);//写文件流
        //额外的加密操作...
    }
};



class BufferedStream : public DecoratorStream{

    Stream* stream;//...

public:
    BufferedStream(Stream* stm):DecoratorStream(stm){

    }
    //...
};




void Process(){

    //运行时装配
    FileStream* s1=new FileStream();

    CryptoStream* s2=new CryptoStream(s1);

    BufferedStream* s3=new BufferedStream(s1);

    BufferedStream* s4=new BufferedStream(s2);



}

总结
1.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。避免了使用继承带来的“灵活性差”和“多子类衍生问题”。
2.Decorator类在接口上表现为is-a Component的继承关系，即 Decorator类继承了Component类所具有的接口。但在实现上又 表现为has-a Component的组合关系，即Decorator类又使用了 另外一个Component类
3.Decorator模式的目的并非解决“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。