设计模式之装饰模式

最新推荐文章于 2025-05-01 22:43:58 发布

编程智界

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文章标签：设计模式算法

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/karl2000/article/details/138534722

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问题背景

在一个文本编辑软件中，用户经常需要对文本进行不同的格式化操作，比如加粗、斜体或者下划线。随着用户需求的不断增加，软件需要支持更复杂的格式化组合，例如同时加粗和下划线，或者加粗、斜体和高亮显示。传统的实现方法，如继承或者直接修改原有类，可能会导致代码的复杂性迅速增加，并降低灵活性。

为了解决这个问题，我们决定使用装饰模式来实现文本格式化功能。装饰模式可以让我们动态地添加新功能到对象上，而不需要修改原始类的代码。通过创建一系列的装饰器类，每个类负责一种格式化功能，我们可以灵活地组合这些功能，以满足不同的用户需求。

问题分析

需求分析：

用户需要在不同的文本上应用多种格式化效果，这些效果可能是单独的，也可能需要组合。
系统应支持轻松添加新的格式化效果，而不影响现有的代码结构。

设计选择：

定义一个文本处理的接口 Text，它包含一个方法 write 用于输出文本。
为每种格式化效果实现一个装饰器类，这些类都扩展了 Text 接口，并在调用 write 方法时添加自己的格式化逻辑。
用户可以通过堆叠这些装饰器来组合不同的格式化效果。

代码部分

定义基本接口

#include <iostream>
#include <string>

// 文本处理的基本接口
class Text {
public:
    virtual void write() const = 0;
    virtual ~Text() {}
};

实现具体装饰类

class PlainText : public Text {
private:
    std::string content;

public:
    PlainText(const std::string& text) : content(text) {}

    void write() const override {
        std::cout << content;
    }
};

class BoldDecorator : public Text {
private:
    Text* wrappedText;

public:
    BoldDecorator(Text* text) : wrappedText(text) {}

    void write() const override {
        std::cout << "<b>";
        wrappedText->write();
        std::cout << "</b>";
    }

    ~BoldDecorator() {
        delete wrappedText;
    }
};

class ItalicDecorator : public Text {
private:
    Text* wrappedText;

public:
    ItalicDecorator(Text* text) : wrappedText(text) {}

    void write() const override {
        std::cout << "<i>";
        wrappedText->write();
        std::cout << "</i>";
    }

    ~ItalicDecorator() {
        delete wrappedText;
    }
};

实现客户端使用示例

int main() {
    Text* myText = new PlainText("Hello, world!");
    Text* myBoldText = new BoldDecorator(myText);
    Text* myItalicBoldText = new ItalicDecorator(myBoldText);

    myItalicBoldText->write();  // 输出: <i><b>Hello, world!</b></i>

    delete myItalicBoldText;  // 这会依次删除所有装饰器和原始对象

    return 0;
}

代码分析

基本接口 Text：
Text 是一个接口，它定义了一个基础的 write 方法。所有的文本对象，无论是基本文本还是有格式的文本，都实现这个接口。
具体组件 PlainText：
PlainText 类实现了 Text 接口，提供了最简单的文本输出功能。这是装饰模式中的具体组件（Concrete Component），它提供了基本功能的实现。
装饰器类 BoldDecorator** 和 **ItalicDecorator：
这些类都继承自 Text 接口，并包含一个 Text 类型的对象，这是典型的装饰器模式结构。每个装饰器持有一个文本对象，并在执行其基本功能之前或之后添加额外的功能。
BoldDecorator 在文本输出前后添加和标签，而 ItalicDecorator 添加和标签，从而实现了格式化文本的功能。
客户端使用示例：
在 main 函数中，我们创建了一个基本的文本对象 PlainText，然后通过 BoldDecorator 和 ItalicDecorator 对其进行装饰，以此来模拟同时应用加粗和斜体的效果。
这种方式显示了装饰模式的动态性和灵活性，允许我们根据需求叠加不同的装饰器，以实现复杂的功能组合。

装饰模式的优点：

增强灵活性：装饰模式提供了一种非常灵活的方式来增加对象的功能，通过简单地叠加装饰器，我们可以在运行时选择不同的功能组合。
避免子类爆炸：如果使用子类来实现相同的功能，随着组合的增加，所需的子类数量会呈指数增长。装饰模式允许我们避免这种情况，因为新功能是通过装饰器动态添加的，而不是通过继承。
保持类的职责单一：装饰器专注于添加功能，而不改变对象的核心职责。这符合单一职责原则，有助于保持系统整体的清晰和可维护性。

装饰模式的编程要点可以概括为以下几个关键方面：

定义组件接口：创建一个定义基本功能的接口（Component）。在给定示例中，Text 接口定义了所有文本对象必须实现的 write() 方法。
实现具体组件：创建一个或多个实现接口的具体组件类。这些类实现了接口中定义的基本功能。在示例中，PlainText 类是一个具体组件，它提供了基本的文本输出功能。
创建抽象装饰类：创建一个继承自组件接口的装饰抽象类。这个类持有一个对组件接口对象的引用，这是通过组合来实现的。所有的装饰类将从这个抽象类派生。
实现具体装饰类：基于抽象装饰类，实现一个或多个具体的装饰类。这些装饰类通过在调用实际组件的功能前后添加额外的行为来扩展组件的功能。在示例中，BoldDecorator 和 ItalicDecorator 为文本添加了 HTML 的粗体和斜体标签。
装饰组合：客户端可以通过动态地将装饰类附加到组件上，来增强或改变组件的行为。这可以通过简单地把一个装饰者对象包装在另一个装饰者对象之中来实现，从而实现不同装饰功能的组合和嵌套。
灵活性与透明性：装饰模式提供了非常灵活的方式来添加或删除对象的行为，而且对于使用装饰过的对象的客户端来说，这种添加或删除行为是透明的。
资源管理：在 C++ 中，由于涉及动态内存分配，确保在装饰者模式中适当地管理内存非常重要，以避免内存泄漏。示例中通过在装饰器的析构函数中删除封装的组件对象来管理内存。