【设计模式】装饰模式
六、装饰模式
装饰(Decorator) 模式也称为装饰器模式/包装模式，是一种结构型模式。这是一个非常有趣和值得学习的设计模式，该模式展现出了运行时的一种扩展能力，以及比继承更强大和灵活的设计视角和设计能力，甚至在有些场合下，不使用该模式很难解决问题。
在本模式的讲解过程中，会提及类与类之间的继承关系和组合关系，还会引出面向对象程序设计的一个重要原则——组合复用原则。
6.1 问题的提出
继续前面的闯关打斗类游戏。在游戏中，不但会出现各种人物、怪物，还会出现许多UI (用户接口)界面。例如，主角一般会随身携带背包，背包中的每个格子用于放置一个物品，根据策划的规定，背包中格子数量比较多时，还会在背包右侧显示出滚动条，如图6.1所示。
再例如，有时需要显示一些公告信息，如图6.2所示。当公告信息太长时，也可能会出现滚动条等。
图6.1和图6.2这些看得见的UI界面元素称为控件。例如，要向其中输入文字可以使用文本控件，要显示多行信息可以使用列表控件等，当要显示的内容过长或者过宽时会显示出滚动条控件。
这里就以一个最简单的控件——列表控件为例，说明如何丰富该控件上所显示的内容，图6.3中第1幅子图是一个普通的列表控件，第2幅图增加了边框让其更有立体感，第3幅图增加了一个垂直滚动条，而第4幅图又增加了一个水平滚动条。
传统继承方案的问题
- 子类膨胀：新增功能（如阴影、外发光）需不断创建子类。
- 灵活性差：无法灵活组合功能（如无框但有垂直滚动条的控件）。
解决方案思路
采用组装方式动态添加功能：
- 基础控件（
ListCtrl）作为核心。 - 附加功能（边框、滚动条）作为装饰器，通过组合方式叠加。
6.2 引入装饰模式
组合复用原则（CRP）
核心思想：优先使用组合而非继承，以降低类间耦合，避免父类代码冗余。
装饰模式实现代码
1. 抽象构件（Control）
// 抽象的控件类
class Control {
public:
virtual void draw() = 0;
public:
virtual ~Control() {}
};
2. 具体构件（ListCtrl）
// 列表控件类
class ListCtrl : public Control {
public:
virtual void draw() {
cout << " 绘制普通的列表控件!" << endl;
}
};
3. 抽象装饰器（Decorator）
// 抽象的装饰器类
class Decorator : public Control {
public:
Decorator(Control* tmpctrl) : m_control(tmpctrl) {} // 组合关系
virtual void draw() {
m_control->draw(); // 委托给被装饰对象
}
private:
Control* m_control;
};
4. 具体装饰器
边框装饰器
class BorderDec : public Decorator {
public:
BorderDec(Control* tmpctrl) : Decorator(tmpctrl) {}
virtual void draw() {
Decorator::draw(); // 先绘制原内容
drawBorder(); // 再绘制新增内容
}
private:
void drawBorder() { cout << " 绘制边框!" << endl; }
};
垂直滚动条装饰器
class VerScrollBarDec : public Decorator {
public:
VerScrollBarDec(Control* tmpctrl) : Decorator(tmpctrl) {}
virtual void draw() {
Decorator::draw();
drawVerScrollBar();
}
private:
void drawVerScrollBar() { cout << " 绘制垂直滚动条!" << endl; }
};
客户端代码示例
int main() {
// 组装带边框和垂直滚动条的控件
Control* base = new ListCtrl();
Control* withBorder = new BorderDec(base);
Control* final = new VerScrollBarDec(withBorder);
final->draw(); // 输出：普通列表 → 边框 → 垂直滚动条
cout << "------------------------" << endl;
// 组装只带水平滚动条的控件
Control* base2 = new ListCtrl();
Control* withHor = new HorScrollBarDec(base2);
withHor->draw(); // 输出：普通列表 → 水平滚动条
// 释放资源（注意顺序）
delete final;
delete withBorder;
delete base;
delete withHor;
delete base2;
return 0;
}
装饰模式UML图
模式角色
| 角色 | 说明 | 示例类 |
|---|---|---|
| 抽象构件 | 定义统一接口 | Control |
| 具体构件 | 基础功能实现 | ListCtrl |
| 抽象装饰器 | 持有构件引用，定义装饰接口 | Decorator |
| 具体装饰器 | 实现具体装饰逻辑 | BorderDec等 |
6.3 饮料价格计算范例
问题描述
- 基础饮料：10元
- 可选配料：砂糖（+1元）、牛奶（+2元）、珍珠（+2元）
实现代码
1. 抽象构件（Beverage）
class Beverage {
public:
virtual int getPrice() = 0;
virtual ~Beverage() {}
};
2. 具体构件（FruitBeverage）
class FruitBeverage : public Beverage {
public:
int getPrice() override { return 10; }
};
3. 抽象装饰器（CondimentDecorator）
class CondimentDecorator : public Beverage {
protected:
Beverage* beverage;
public:
CondimentDecorator(Beverage* b) : beverage(b) {}
};
4. 具体装饰器
砂糖装饰器
class Sugar : public CondimentDecorator {
public:
Sugar(Beverage* b) : CondimentDecorator(b) {}
int getPrice() override { return beverage->getPrice() + 1; }
};
珍珠装饰器
class Bubble : public CondimentDecorator {
public:
Bubble(Beverage* b) : CondimentDecorator(b) {}
int getPrice() override { return beverage->getPrice() + 2; }
};
客户端代码
int main() {
Beverage* drink = new FruitBeverage();
drink = new Bubble(drink); // 加珍珠（+2）
drink = new Sugar(drink); // 加砂糖（+1）
cout << "总价格：" << drink->getPrice() << "元" << endl; // 输出：13元
delete drink;
return 0;
}
饮料范例UML图
总结：装饰模式通过组合实现动态功能扩展，避免继承导致的类爆炸，符合开闭原则，适用于需要灵活添加可选功能的场景。