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C++ 设计模式：装饰模式（Decorator Pattern）

news 来源：原创 2025/7/22 17:31:50

链接：C++ 设计模式
链接：C++ 设计模式 - 桥接模式

装饰模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，它允许向一个现有的对象添加新的功能，同时又不改变其结构。装饰模式通过创建一个装饰类来包装原始类，从而在保持类接口不变的情况下，动态地扩展对象的功能。

1.适用场景

  1. 需要动态扩展对象的功能：当需要在运行时动态地为对象添加功能，而不是在编译时确定这些功能时。
  2. 功能可以按需组合：当对象的功能可以通过多种方式组合，并且这些组合是动态变化的。
  3. 避免类爆炸：如果使用继承来扩展功能，会导致类的数量急剧增加，因为每种功能组合都需要一个新的子类。装饰模式通过组合装饰器来避免这个问题。

2.实现步骤

  1. 定义组件接口：定义一个接口，描述基本组件的行为。
  2. 实现具体组件：实现基本组件类，提供组件的基本功能。
  3. 定义装饰器基类：创建一个装饰器基类，继承自组件接口，并持有一个组件对象的引用。
  4. 实现具体装饰器：实现具体装饰器类，继承自装饰器基类，并在扩展功能的方法中调用被装饰的组件对象的方法。
  5. 动态组合装饰器：在客户端代码中，动态地将装饰器组合在一起，扩展组件的功能。

3.代码示例

以机器人的任务扩展作为示例。

3.1.组件接口

class Robot {public:virtual ~Robot() = default;virtual void performTask() = 0;
};

3.2.基本组件

// 具备基本功能
class BasicRobot : public Robot {public:void performTask() override { std::cout << "Performing basic tasks." << std::endl; }
};

3.3.装饰器基类

// 继承自组件接口
class RobotDecorator : public Robot {public:RobotDecorator(std::shared_ptr<Robot> robot) : decoratedRobot(robot) {}void performTask() override { decoratedRobot->performTask(); }protected:std::shared_ptr<Robot> decoratedRobot;
};

3.4.具体装饰器

// 具体装饰器1：添加播放音乐功能
class MusicPlayerDecorator : public RobotDecorator {public:MusicPlayerDecorator(std::shared_ptr<Robot> robot) : RobotDecorator(robot) {}void performTask() override {RobotDecorator::performTask();playMusic();}private:void playMusic() { std::cout << "Playing music." << std::endl; }
};
// 具体装饰器2：添加拍照功能
class CameraDecorator : public RobotDecorator {public:CameraDecorator(std::shared_ptr<Robot> robot) : RobotDecorator(robot) {}void performTask() override {RobotDecorator::performTask();takePhoto();}private:void takePhoto() { std::cout << "Taking a photo." << std::endl; }
};

// 具体装饰器3：添加导航功能
class NavigationDecorator : public RobotDecorator {public:NavigationDecorator(std::shared_ptr<Robot> robot) : RobotDecorator(robot) {}void performTask() override {RobotDecorator::performTask();navigate();}private:void navigate() { std::cout << "Navigating to the destination." << std::endl; }
};

3.5.动态组合

int main() {// 创建一个基本机器人std::shared_ptr<Robot> basicRobot = std::make_shared<BasicRobot>();// 添加播放音乐功能std::shared_ptr<Robot> musicPlayerRobot = std::make_shared<MusicPlayerDecorator>(basicRobot);// 添加播放音乐和拍照功能std::shared_ptr<Robot> cameraRobot = std::make_shared<CameraDecorator>(musicPlayerRobot);// 添加播放音乐和导航功能std::shared_ptr<Robot> fullFeaturedRobot = std::make_shared<NavigationDecorator>(musicPlayerRobot );// 执行任务std::cout << "Basic Robot:" << std::endl;basicRobot->performTask();std::cout << "\nMusic Player Robot:" << std::endl;musicPlayerRobot->performTask();std::cout << "\nCamera Robot:" << std::endl;cameraRobot->performTask();std::cout << "\nFull Featured Robot:" << std::endl;fullFeaturedRobot->performTask();return 0;
}

4.总结

装饰模式和桥接模式的区别：

  • 装饰模式：动态地给对象添加职责，而不改变对象的接口。它通过创建一系列装饰器类来实现这些职责的扩展，从而在运行时灵活地扩展对象的功能。
  • 桥接模式：将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立变化。它通过将抽象和实现放在不同的类层次结构中，并通过组合将它们连接起来，从而提高系统的灵活性和可扩展性。

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