3 装饰者模式

2023-10-10 17:51:16

1.绪

运行时扩展，远比编译时期的继承威力更大。本章可以成为“给爱用继承的人一个全新的设计眼界”。

本章将再度讨论典型的继承滥用问题。本章中将讲解如何使用对象组合的方式，做到运行时装饰类。一旦熟悉了装饰的技巧，则能够在不修改任何底层代码的情况下，给对象赋予新的职责。

2.应用背景-问题引入

咖啡店的故事：一家快速扩张的咖啡连锁店准备更新订单系统，以合乎他们的饮料供应要求。

原先的类设计：

购买咖啡时，可以要求在其中加入各种调料，例如：蒸奶(Steamed Milk)、豆浆(Soy)、摩卡(Mocha,也就是巧克力风味)或者覆盖奶泡。咖啡店会根据加入的调料收取不同的费用，因此订单系统必须考虑到这些调料部分。

这是该咖啡店的第一个尝试：

很明显，这制造了一个维护噩梦。因为如果某个调料的价格上涨或者需要新增一种调料，则会导致维护困难。

书上的初步尝试：

现在加入子类，每个类就代表菜单上的一种饮料:

这样改变带来的影响：

当一些需求或者因素改变时将会影响这个设计：

调料价钱改变会使我们改变现有代码
一旦出现新的调料，则需要加上新的方法，则改变超类中的cost()方法
以后可能会开发出新饮料，对这些饮料而言(例如，冰茶)，某些调料可能并不适合，但是在这个设计方式中，Tea(茶)子类仍将继承那些不适合的方法，例如，hasWhip()(加奶泡)。
万一顾客想要双倍摩卡咖啡，则对那么办？

关于组合和委托：

虽然继承威力强大，但是继承不总是能够实现最有弹性和最好维护的设计。

利用组合和委托可以在运行时具有继承行为的效果。

利用继承设计子类的行为，是在编译时静态决定的，而且所有的子类都会继承到相同的行为。然而，如果能够利用组合的做法扩展对象的行为，就可以在运行时动态地进行扩展。则可以利用此技巧把多个新职责，甚至是设计超类时还没想到的职责加在对象上，而且不需要修改原来的代码。

利用组合维护代码，能够通过动态地组合对象，写新的代码添加新功能，而无需修改现有代码，既然没有改变现有代码，那么引进Bug或者产生意外副作用的机会将大幅度减少。

3.开放-关闭原则

设计原则：类应该对扩展开放，对修改关闭。

我们的目标是允许类容易扩展，在不修改现有代码的情况下，就可搭配新的行为。实现这一目标的好处：具有弹性可以应对改变，可以接受新的功能来应对改变的需求。

4.认识装饰者模式

通过问题引入已经得知，无法利用继承来完全解决问题，遇到的问题有：类数量爆炸、设计死板，以及基类加入的新功能并不适用于所有的子类。

因此，在这里要采用不一样的做法：要以饮料为主题，然后在运行时以调料来“装饰”(decorate)饮料。比如，如果顾客想要摩卡和奶泡深焙咖啡，那么需要做的是：

拿一个深焙咖啡(DarkRoast)对象
以摩卡(Mocha)对象装饰他
以奶泡(Whip)对象装饰他
调用cost()方法，并依赖委托(delegate)将调料的价钱加上去

以装饰者构建饮料订单

第一步：以DarkRoast对象开始

第二步：顾客下你给要摩卡(Mocha),所以建立一个Mocha对象，并用它将DarkRoast对象包(wrap)起来。

第三步：顾客也想要奶泡(Whip),所以需要建立一个Whip装饰者，并用它将Mocha对象包起来。别忘了，DarkRoast继承自Beverage，且有一个cost()方法，用来计算饮料价钱。

第四步：到为顾客算钱的时候了。通过调用最外圈装饰者(Whip)的cost()就可以办得到。Whip的cost()会先委托它装饰的对象(也就是Mocha)计算出价钱，然后再加上奶泡的价钱。

到此则装饰结束。这就是目前所知道的一切：

装饰者和被装饰对象有相同的超类型。
可以用一个或多个装饰者包装一个对象
既然装饰者和被装饰对象有相同的超类型，所以在任何需要原始对象(被包装的)场合，可以用装饰过的对象代替它。
装饰者可以在所委托被装饰者的行为之前与/或之后，加上自己的行为，以达到特定的目的。
对象可以在任何时候被装饰，所以可以在运行时动态地，不限量地用所喜欢的装饰者来装饰对象。

接下来就看看装饰者模式的定义，并写一些代码，了解它到底是怎么工作的。

5.定义装饰者模式

5.1 装饰者模式的说明

装饰者模式动态地将责任附加到对象上，若要扩展功能，装饰者提供了比继承更有弹性的替代方案。

装饰者模式的类图：

需要知道的是：每个装饰者都包装一个组件，也就是说，装饰者有一个实例变量以保存某个Component的引用。装饰者本身也是继承自Component的。

5.2 装饰饮料

将咖啡店的饮料应用在这个框架上：

组件其实就是被装饰者。

5.3 关于继承和组合之间，混淆的观念

通过类图可知，CondimentDecorator扩展自Beverage类，这用到了继承。这么做的重点在于：装饰者和被装饰者必须是一样的类型，即拥有共同的超类，这是相当关键的，因为我们利用继承达到“类型匹配”，而不是利用继承获得“行为”。

装饰者需要和被装饰者(被包装的组件)有相同的“接口”，因为装饰者必须能取代被装饰者，但是行为又是从哪里来的？当我们将装饰者和组件组合时，就是在加入新的行为。所得到的新行为，并不是继承自超类，而是由组合对象得来的。继承Beverage抽象类，是为了有正确的类型，而不是继承他的行为。行为来自装饰者和基础组件，或与其他装饰者之间的组合关系。因为使用对象组合，可以把所有饮料和调料更加有弹性的加以混合与匹配，如果只是依赖继承，那么类的行为只能在编译时静态决定，即行为不是来自超类，那么就是子类覆盖后的版本。反之，利用组合，可以把装饰者混合着用，并且是在“运行时”。并且这样的话，就能够在任何时候，实现新的装饰者增加新的行为。如果依赖继承，每当需要新行为时，还得修改现有的代码。

如果需要继承的是component类型，为什么不把Beverage类设计成一个接口，而是设计成一个抽象类呢？通常装饰者模式采用抽象类，但是在JAVA中可以使用接口。尽管如此，通常我们都努力避免修改现有的代码，所以，如果抽象类运作得好好地，还是别去修改它。

6.代码实现

6.1 基类和装饰者类的实现

首先从Beverage类下手，这不需要改变咖啡店原始的设计：

public abstract class Beverage {

    String description="Unkonwn Beverage";

    public String getDescription() {
        return description;
    }

    public abstract double cost();
}

Beverage很简单。同样来实现调料的抽象类Condiment,，也就是装饰者类：

//首先，必须让CondimentDecorator能够取代Beverage，所以CondimentDecorator扩展自Beverage类
public abstract class CondimentDecorator extends Beverage{

    //所有的调料装饰者都必须重新实现getDescription()方法。
    @Override
    public abstract String getDescription();

}

6.2 写饮料的代码

基类已经建立完成了，则开始实现一些饮料。

首先创建浓缩咖啡(Espresso)开始，我们需要为具体的饮料设置描述，而且还必须实现cost()方法。

//首先，让Espresso扩展自Beverage类，因为Espresso是一种饮料
public class Espresso extends Beverage{

    //为了要设置饮料的描述，我们写了一个构造器，记住：description实例变量继承自Beverage。
    public Espresso() {
        description="Espresso";
    }

    //最后，需要计算Espresso的价钱，现在不管调料的价钱，直接把Espresso的价格返回即可
    @Override
    public double cost() {
        return 1.99;
    }
}

同样的，编写HouseBlend的相关代码：

public class HouseBlend extends Beverage{

    public HouseBlend() {
        description="HouseBlend";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return .89;
    }
}

6.3 写调料代码

上面完成了抽象组件，具体组件，也有了抽象装饰者。现在，就来实现具体装饰者。

首先编写摩卡Mohca类：

//Mocha是一个装饰者，所以让他扩展自 CondimentDecorator
public class Mocha  extends CondimentDecorator{
    //要让Mocha能够引用一个Beverage，做法如下
    //1.用一个实例变量记录饮料，也就是被装饰者
    //2.想办法让被装饰者(饮料)被记录到实例变量中。这里的做法是：
    //把饮料当做构造器的餐宿，再由构造器将其饮料记录在实例变量中
    Beverage beverage;

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

    @Override
    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription()+",Mocha";
    }

    //要计算带Mocha饮料的价格。首先把调用委托给被装饰对象，以计算价钱，然后再加上Mocha的价钱，得到最后结果
    @Override
    public double cost() {
        return .20+beverage.cost();
    }
}

同理写下 Soy和Whip调料的代码：

public class Whip extends CondimentDecorator {

    Beverage beverage;

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

    @Override
    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription()+",Whip";
    }


    @Override
    public double cost() {
        return .10+beverage.cost();
    }
}

public class Soy extends CondimentDecorator {

    Beverage beverage;

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

    @Override
    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription()+",Soy";
    }


    @Override
    public double cost() {
        return .15+beverage.cost();
    }
}

6.4 供应咖啡

编写测试代码

public class StarbuzzCoffee {

    public static void main(String[] args) {
        Beverage beverage=new Espresso();
        beverage=new Mocha(beverage);
        beverage=new Whip(beverage);
        System.out.println(beverage.getDescription()+" $ "+beverage.cost());
    }
}

实验结果：

码农公寓

1.绪