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设计模式每日硬核训练 Day 12：装饰器模式（Decorator Pattern）完整讲解与实战应用

news 来源：原创 2025/5/6 7:26:07

🔄 回顾 Day 11：适配器模式小结

在 Day 11 中，我们学习了适配器模式（Adapter Pattern）：

用于将“不兼容”的接口适配为目标接口，解决新旧系统之间的桥接问题。
强调“接口兼容、外部桥接”，通常用于第三方组件、老旧库的接入。

而今天我们要讲解的装饰器模式，则是：

在不改变原始类结构的前提下，动态为对象添加功能，是继承的优雅替代。

一、装饰器模式的核心动机

✅ 什么是装饰器？

装饰器模式（Decorator Pattern）用于：

将对象进行包装，在其行为之前/之后添加额外逻辑。
避免子类膨胀（继承爆炸），提升灵活性与组合性。

🎯 场景动机：

IO 流中，数据流可多层压缩/加密/缓冲
GUI 元素，增加边框、滚动条、阴影等效果
日志功能，输出前加时间戳、加颜色、记录文件

二、UML 结构图

+----------------+
|   Component    |<------------------+
+----------------+                   |
| +operation()   |                   |
+----------------+                   |/\                            |||                            |
+----------------+           +-----------------+
| ConcreteComponent |        |  Decorator      |
+----------------+           +-----------------+| - component: Component* || +operation() override   |+-----------------+/\||+---------------------------+| ConcreteDecoratorA/B/...  |+---------------------------+

三、角色解析

角色	职责说明
Component	抽象组件接口，定义操作行为
ConcreteComponent	实际的核心功能类
Decorator	抽象装饰器，持有组件引用，重写 operation
ConcreteDecorator	具体装饰功能的子类，添加增强行为

四、C++ 实现：消息输出增强系统

✅ Component 抽象接口

class IMessage {
public:virtual void send(const std::string& content) = 0;virtual ~IMessage() = default;
};

✅ 具体实现类

class SimpleMessage : public IMessage {
public:void send(const std::string& content) override {std::cout << content << std::endl;}
};

✅ 抽象装饰器

class MessageDecorator : public IMessage {
protected:std::unique_ptr<IMessage> wrappee_;
public:MessageDecorator(std::unique_ptr<IMessage> wrappee): wrappee_(std::move(wrappee)) {}
};

✅ 时间戳装饰器

class TimestampDecorator : public MessageDecorator {
public:using MessageDecorator::MessageDecorator;void send(const std::string& content) override {std::cout << "[Time] 2025-04-12: ";wrappee_->send(content);}
};

✅ 加密装饰器（简单）

class EncryptDecorator : public MessageDecorator {
public:using MessageDecorator::MessageDecorator;void send(const std::string& content) override {std::string encrypted = "<encrypted:" + content + ">";wrappee_->send(encrypted);}
};

✅ 使用示例

int main() {std::unique_ptr<IMessage> message = std::make_unique<SimpleMessage>();message = std::make_unique<TimestampDecorator>(std::move(message));message = std::make_unique<EncryptDecorator>(std::move(message));message->send("Hello World!");return 0;
}

输出：

[Time] 2025-04-12: <encrypted:Hello World!>

五、装饰器 vs 继承

比较项	装饰器	子类继承
可组合性	✅ 支持任意层级嵌套	❌ 单继承不支持组合
可扩展性	✅ 添加装饰器即可	❌ 添加功能需新建子类
运行时决定	✅ 装饰器可动态组合	❌ 继承结构在编译期固定

六、实战应用举例

场景	装饰器用途说明
C++ IO Stream	std::istream → std::ifstream → std::istringstream
日志系统	添加标签、时间、线程 ID
游戏角色行为	攻击装饰：暴击 → 穿透 → 吸血
网络请求处理链	添加重试机制 → 添加限流 → 添加缓存
Web Filter 框架	Spring Filter Chain（Java 中广泛使用）

七、与其他结构型模式对比

模式	意图	是否更改原对象
Decorator	增强已有对象功能	❌（包裹）
Proxy	控制访问、权限、懒加载	❌（控制访问）
Adapter	接口转换，兼容老接口	❌（桥接）
Bridge	接口与实现分离，双维度变化	✅（实现层变化）