23种设计模式 - 装饰器模式

模式定义

装饰器模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，允许动态地为对象添加新功能，而无需修改其结构。它通过将对象包装在装饰器类的实例中，实现功能的灵活扩展，符合开放/封闭原则。

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模式结构

抽象组件（Component）：定义核心功能的接口（如数控系统的数据采集接口）。
具体组件（ConcreteComponent）：实现基础功能（如基础传感器数据采集）。
抽象装饰器（Decorator）：继承自Component，并持有其引用，用于扩展功能。
具体装饰器（ConcreteDecorator）：实现具体的扩展功能（如日志记录、数据校验）。

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适用场景

动态扩展对象功能，避免继承导致的类爆炸（如数控系统中逐步添加日志、校验等模块）。
需要透明地增强对象功能，且不影响原有代码。

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C++示例（数控系统场景）

场景说明：
数控系统需要动态扩展数据采集功能，例如在基础采集功能上添加日志记录和数据校验。

#include 
#include 

// 抽象组件：数据采集接口
class DataCollector {
public:
    virtual ~DataCollector() = default;
    virtual std::string collectData() = 0;
};

// 具体组件：基础传感器数据采集
class SensorCollector : public DataCollector {
public:
    std::string collectData() override {
        return "传感器数据: 温度=75°C, 压力=100kPa";
    }
};

// 抽象装饰器
class DataCollectorDecorator : public DataCollector {
protected:
    std::unique_ptr collector;  // 持有组件对象
public:
    DataCollectorDecorator(std::unique_ptr c) : collector(std::move(c)) {}
    std::string collectData() override {
        return collector->collectData();
    }
};

// 具体装饰器1：添加日志记录
class LoggingDecorator : public DataCollectorDecorator {
public:
    using DataCollectorDecorator::DataCollectorDecorator;
    std::string collectData() override {
        std::string data = collector->collectData();
        std::cout << "[日志] 采集数据: " << data << std::endl;
        return data;
    }
};

// 具体装饰器2：添加数据校验
class ValidationDecorator : public DataCollectorDecorator {
public:
    using DataCollectorDecorator::DataCollectorDecorator;
    std::string collectData() override {
        std::string data = collector->collectData();
        if (data.empty()) throw std::runtime_error("数据校验失败: 空数据");
        return "[校验通过] " + data;
    }
};

// 客户端（数控系统）
int main() {
    // 基础采集功能
    auto baseCollector = std::make_unique();
    
    // 动态添加日志和校验功能
    auto decoratedCollector = std::make_unique(
        std::make_unique(std::move(baseCollector))
    );

    // 使用装饰后的采集器
    std::cout << decoratedCollector->collectData() << std::endl;
    return 0;
}

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代码说明
抽象组件：DataCollector定义了数据采集接口collectData()。
具体组件：SensorCollector实现基础数据采集逻辑。
抽象装饰器：DataCollectorDecorator继承组件接口并持有其对象，为扩展功能提供基础。
具体装饰器：

• LoggingDecorator在采集后添加日志记录。
• ValidationDecorator对数据进行校验。

输出结果：

[日志] 采集数据: 传感器数据: 温度=75°C, 压力=100kPa  
[校验通过] 传感器数据: 温度=75°C, 压力=100kPa

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优势与扩展性

灵活扩展：可自由组合装饰器（如先记录日志再校验），无需修改原有类。
符合开闭原则：新增功能通过装饰器实现，避免修改已有代码。
数控系统应用：可扩展更多装饰器（如数据加密、格式转换），满足复杂需求。