装饰者模式

一、基本概念

装饰者模式(装饰图案)是一种结构型设计模式，它允许向一个现有的对象动态地添加新的功能，同时不改变其结构.它是继承的一种替代方案，可以实现在运行时动态地扩展对象的行为，而无需修改原有代码.

装饰者模式的主要角色有：

• 抽象组件(组件)：定义一个对象的接口，可以给这些对象动态地添加职责。
• 具体组件(具体组件)：实现抽象组件的接口，代表被装饰的原始对象。
• 抽象装饰者(装饰师)：继承或实现抽象组件，持有一个抽象组件的引用，可以调用被装饰对象的方法，并且可以在其前后增加新的功能
• 具体装饰者(具体装饰者)：实现抽象装饰者的方法，给被装饰对象增加具体的职责。

装饰者模式的优点有：

• 可以在不修改原有对象的基础上给对象增加新的功能，遵循开闭原则.
• 可以使用多个具体装饰者来组合出不同的功能，实现灵活性和可扩展性.
• 可以根据需要动态地增加或删除功能，而不影响其他对象.
• 可以保持被装饰对象的类型和接口不变，对客户端透明.

装饰者模式的缺点有：

• 会增加系统的复杂度和类的数量，可能导致代码难以理解和维护.
• 会增加对象之间的耦合度，可能引入循环引用的问题.
• 会影响被装饰对象的效率和性能.
• 动态地多层装饰时，调试和维护比较困难

装饰者模式的优化方法有：

• 尽量减少装饰者的数量和层次，避免过度使用装饰者模式
• 使用工厂方法或者建造者模式来创建装饰者对象，简化客户端的调用
• 使用组合/聚合代替继承，降低装饰者和被装饰者之间的耦合度

装饰者模式和继承都可以用于扩展一个类的功能，但是它们有以下几点区别：

• 继承是一种静态的关系，即在编译时就确定了子类和父类的关系 而装饰者模式是一种动态的关系，即在运行时可以动态地给一个对象添加或删除功能.

• 继承是一种“是一个”的关系，即子类是父类的一种特殊形式 而装饰者模式是一种“有一个”的关系，即装饰者持有目标对象的引用，并不改变其本质.

• 继承可能会导致类的数量过多，增加了代码的复杂度和维护难度 而装饰者模式可以通过组合不同的装饰者来实现多样化的功能，减少了子类的数量.

• 继承可能会破坏父类的封装性，因为子类可以访问父类的内部状态和方法 而装饰者模式可以保持目标对象的封装性，因为装饰者只能调用目标对象的公开方法.

二、安卓源码中的实例

安卓源码中经常使用到装饰者模式，例如：

• 上下文包装器类是一个抽象装饰者，它持有一个上下文对象作为被装饰者，并且实现了上下文接口。它可以在被装饰者的基础上增加新的功能或修改原有功能.例如，上下文主题包装器类是一个具体装饰者，它可以给上下文对象添加主题相关的功能。
• InputStream类是一个抽象组件，它定义了输入流对象的接口。它有很多子类和实现类，例如文件输入流类是一个具体组件，它表示从文件中读取数据的输入流。BufferedInputStream类是一个抽象装饰者，它持有一个InputStream对象作为被装饰者，并且继承了输入流类。它可以给被装饰者增加缓冲区相关的功能.DataInputStream类是一个具体装饰者，它也持有一个InputStream对象，并且继承了缓冲区输入流类。它可以给被装饰者增加读取基本数据类型相关的功能.
• TextView类是一个具体组件，它表示一个文本视图。文本编辑(它有很多子类和实现类，例如类是一个具体组件，它表示一个可编辑的文本视图)文本编辑。文本查看比较类是一个抽象装饰者，它持有一个文本查看对象作为被装饰者，并且提供了一些静态方法来给文本查看对象增加兼容性相关的功能。，TextViewCompat.setAutoSizeTextTypeWithDefaults例如方法可以给TextView对象设置自动调整字体大小的功能。
• 可抽屉的类是一个抽象组件，它定义了可绘制对象的接口。它有很多子类和实现类，例如位图可绘制类是一个具体组件，它表示一个位图可绘制对象。DrawableWrapper类是一个抽象装饰者，它持有一个Drawable对象作为被装饰者，并且实现了Drawable接口。它可以在被装饰者的基础上增加新的功能或修改原有功能.例如，RippleDrawable类是一个具体装饰者，它可以给Drawable对象添加波纹效果的功能。
• 查看类是一个抽象组件，它定义了视图对象的接口。它有很多子类和实现类，例如按钮类是一个具体组件，它表示一个按钮视图。查看大纲提供程序类是一个抽象装饰者，它持有一个查看对象作为被装饰者，并且提供了一些方法来给查看对象设置轮廓相关的属性。例如、ViewOutlineProvider.BACKGROUND方法可以根据查看对象的背景来设置其轮廓。

三、kotlin、JAVA、C++实现

3.1Kotlin实现

Kotlin是一种基于jvm的静态类型编程语言，它可以与JAVA互操作，并且支持函数式编程和面向对象编程的特性。科特林也可以用来实现装饰者模式，下面是一个简单的例子：

// 定义一个抽象组件，表示饮料
interface Beverage {
    // 返回饮料的描述
    fun getDescription(): String
    // 返回饮料的价格
    fun cost(): Double
}

// 定义一个具体组件，表示咖啡
class Coffee : Beverage {
    override fun getDescription(): String {
        return "咖啡"
    }

    override fun cost(): Double {
        return 10.0
    }
}

// 定义一个具体组件，表示茶
class Tea : Beverage {
    override fun getDescription(): String {
        return "茶"
    }

    override fun cost(): Double {
        return 5.0
    }
}

// 定义一个抽象装饰者，表示调料
abstract class CondimentDecorator(val beverage: Beverage) : Beverage {
    // 返回调料和饮料的描述
    override fun getDescription(): String {
        return "${beverage.getDescription()} + ${this.javaClass.simpleName}"
    }
}

// 定义一个具体装饰者，表示糖
class Sugar(beverage: Beverage) : CondimentDecorator(beverage) {
    // 返回糖和饮料的价格
    override fun cost(): Double {
        return beverage.cost() + 1.0
    }
}

// 定义一个具体装饰者，表示奶油
class Cream(beverage: Beverage) : CondimentDecorator(beverage) {
    // 返回奶油和饮料的价格
    override fun cost(): Double {
        return beverage.cost() + 2.0
    }
}

// 测试代码
fun main() {
    // 创建一个咖啡对象
    var coffee: Beverage = Coffee()
    println("${coffee.getDescription()} = ${coffee.cost()}")

    // 给咖啡加糖和奶油
    coffee = Sugar(coffee)
    coffee = Cream(coffee)
    println("${coffee.getDescription()} = ${coffee.cost()}")

    // 创建一个茶对象
    var tea: Beverage = Tea()
    println("${tea.getDescription()} = ${tea.cost()}")

    // 给茶加糖
    tea = Sugar(tea)
    println("${tea.getDescription()} = ${tea.cost()}")
}

// 输出结果
咖啡 = 10.0
咖啡 + Sugar + Cream = 13.0
茶 = 5.0
茶 + Sugar = 6.0

从上面的代码可以看出，Kotlin可以使用类和接口来实现装饰者模式，通过组合和委托的方式来给对象增加新的功能.Kotlin还有一些特性可以简化装饰者模式的实现，例如扩展函数和属性，委托属性等.

3.2 JAVA实现

JAVA是一种面向对象的编程语言，它也可以用来实现装饰者模式，下面是一个简单的例子：

// 定义一个抽象组件，表示饮料
public abstract class Beverage {
    // 返回饮料的描述
    public abstract String getDescription();
    // 返回饮料的价格
    public abstract double cost();
}

// 定义一个具体组件，表示咖啡
public class Coffee extends Beverage {
    @Override
    public String getDescription() {
        return "咖啡";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 10.0;
    }
}

// 定义一个具体组件，表示茶
public class Tea extends Beverage {
    @Override
    public String getDescription() {
        return "茶";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 5.0;
    }
}

// 定义一个抽象装饰者，表示调料
public abstract class CondimentDecorator extends Beverage {
    // 持有一个被装饰者的引用
    protected Beverage beverage;

    public CondimentDecorator(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }

    // 返回调料和饮料的描述
    @Override
    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + " + " + this.getClass().getSimpleName();
    }
}

// 定义一个具体装饰者，表示糖
public class Sugar extends CondimentDecorator {

    public Sugar(Beverage beverage) {
        super(beverage);
    }

    // 返回糖和饮料的价格
    @Override
    public double cost() {
        return beverage.cost() + 1.0;
    }
}

// 定义一个具体装饰者，表示奶油
public class Cream extends CondimentDecorator {

    public Cream(Beverage beverage) {
        super(beverage);
    }

    // 返回奶油和饮料的价格
    @Override
    public double cost() {
        return beverage.cost() + 2.0;
    }
}

// 测试代码
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个咖啡对象
        Beverage coffee = new Coffee();
        System.out.println(coffee.getDescription() + " = " + coffee.cost());

        // 给咖啡加糖和奶油
        coffee = new Sugar(coffee);
        coffee = new Cream(coffee);
        System.out.println(coffee.getDescription() + " = " + coffee.cost());

        // 创建一个茶对象
        Beverage tea = new Tea();
        System.out.println(tea.getDescription() + " = " + tea.cost());

        // 给茶加糖
        tea = new Sugar(tea);
        System.out.println(tea.getDescription() + " = " + tea.cost());
    }
}

// 输出结果
咖啡 = 10.0
咖啡 + Sugar + Cream = 13.0
茶 = 5.0
茶 + Sugar = 6.0

从上面的代码可以看出、JAVA可以使用抽象类和接口来实现装饰者模式，通过继承和组合的方式来给对象增加新的功能。JAVA还有一些特性可以简化装饰者模式的实现，例如匿名内部类，Lambda表达式等。

3.3C++实现

C++是一种面向对象的编程语言，它也可以用来实现装饰者模式，下面是一个简单的例子：

// 定义一个抽象组件，表示饮料
class Beverage {
public:
    // 返回饮料的描述
    virtual std::string getDescription() = 0;
    // 返回饮料的价格
    virtual double cost() = 0;
    // 虚析构函数，方便子类析构
    virtual ~Beverage() {}
};

// 定义一个具体组件，表示咖啡
class Coffee : public Beverage {
public:
    std::string getDescription() override {
        return "咖啡";
    }

    double cost() override {
        return 10.0;
    }
};

// 定义一个具体组件，表示茶
class Tea : public Beverage {
public:
    std::string getDescription() override {
        return "茶";
    }

    double cost() override {
        return 5.0;
    }
};

// 定义一个抽象装饰者，表示调料
class CondimentDecorator : public Beverage {
protected:
    // 持有一个被装饰者的指针
    Beverage* beverage;

public:
    CondimentDecorator(Beverage* beverage) : beverage(beverage) {}

    // 返回调料和饮料的描述
    std::string getDescription() override {
        return beverage->getDescription() + " + " + typeid(*this).name();
    }

    // 虚析构函数，释放被装饰者的内存
    virtual ~CondimentDecorator() {
        delete beverage;
    }
};

// 定义一个具体装饰者，表示糖
class Sugar : public CondimentDecorator {
public:
    Sugar(Beverage* beverage) : CondimentDecorator(beverage) {}

    // 返回糖和饮料的价格
    double cost() override {
        return beverage->cost() + 1.0;
    }
};

// 定义一个具体装饰者，表示奶油
class Cream : public CondimentDecorator {
public:
    Cream(Beverage* beverage) : CondimentDecorator(beverage) {}

    // 返回奶油和饮料的价格
    double cost() override {
        return beverage->cost() + 2.0;
    }
};
// 测试代码
int main() {
    // 创建一个咖啡对象
    Beverage* coffee = new Coffee();
    std::cout << coffee->getDescription() << " = " << coffee->cost() << std::endl;

    // 给咖啡加糖和奶油
    coffee = new Sugar(coffee);
    coffee = new Cream(coffee);
    std::cout << coffee->getDescription() << " = " << coffee->cost() << std::endl;

    // 创建一个茶对象
    Beverage* tea = new Tea();
    std::cout << tea->getDescription() << " = " << tea->cost() << std::endl;

    // 给茶加糖
    tea = new Sugar(tea);
    std::cout << tea->getDescription() << " = " << tea->cost() << std::endl;

    // 释放内存
    delete coffee;
    delete tea;

    return 0;
}

// 输出结果
咖啡 = 10
咖啡 + class Sugar + class Cream = 13
茶 = 5
茶 + class Sugar = 6

从上面的代码可以看出、C++可以使用类和虚函数来实现装饰者模式，通过继承和组合的方式来给对象增加新的功能。C++还有一些特性可以简化装饰者模式的实现，例如模板类，智能指针等。

四、优缺点、使用场景

4.1优缺点

装饰者模式的优点有：

• 可以在不修改原有对象的基础上给对象增加新的功能，遵循开闭原则.
• 可以使用多个具体装饰者来组合出不同的功能，实现灵活性和可扩展性.
• 可以根据需要动态地增加或删除功能，而不影响其他对象.
• 可以保持被装饰对象的类型和接口不变，对客户端透明.

装饰者模式的缺点有：

• 会增加系统的复杂度和类的数量，可能导致代码难以理解和维护.
• 会增加对象之间的耦合度，可能引入循环引用的问题.
• 会影响被装饰对象的效率和性能.

4.2使用场景

装饰者模式适用于以下场景：

• 当需要给一个现有的类添加额外的职责或功能时，而又不能修改原有类的代码或结构时.
• 当需要给一个对象动态地增加或删除功能时，而又不想影响其他对象或系统时.
• 当需要给一个对象组合出多种不同的功能时，而又不想使用大量的子类或条件语句时.

五、和其他相似设计模式比较

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