一、 裝飾（Decorator）模式

裝飾（Decorator）模式又名包裝（Wrapper）模式[GOF95]。裝飾模式以對客戶端透明的方式擴(kuò)展對象的功能，是繼承關(guān)系的一個替代方案。

引言

孫悟空有七十二般變化，他的每一種變化都給他帶來一種附加的本領(lǐng)。他變成魚兒時，就可以到水里游泳；他變成雀兒時，就可以在天上飛行。而不管悟空怎么變化，在二郎神眼里，他永遠(yuǎn)是那只猢猻。

裝飾模式以對客戶透明的方式動態(tài)地給一個對象附加上更多的責(zé)任。換言之，客戶端并不會覺得對象在裝飾前和裝飾后有什么不同。裝飾模式可以在不使用創(chuàng)造更多子類的情況下，將對象的功能加以擴(kuò)展。

二、 裝飾模式的結(jié)構(gòu)

裝飾模式使用原來被裝飾的類的一個子類的實例，把客戶端的調(diào)用委派到被裝飾類。裝飾模式的關(guān)鍵在于這種擴(kuò)展是完全透明的。

在孫猴子的例子里，老孫變成的魚兒相當(dāng)于老孫的子類，這條魚兒與外界的互動要通過"委派"，交給老孫的本尊，由老孫本尊采取行動。

裝飾模式的類圖如下圖所示：

在裝飾模式中的各個角色有：

• 抽象構(gòu)件（Component）角色：給出一個抽象接口，以規(guī)范準(zhǔn)備接收附加責(zé)任的對象。
• 具體構(gòu)件（Concrete Component）角色：定義一個將要接收附加責(zé)任的類。
• 裝飾（Decorator）角色：持有一個構(gòu)件（Component）對象的實例，并定義一個與抽象構(gòu)件接口一致的接口。
• 具體裝飾（Concrete Decorator）角色：負(fù)責(zé)給構(gòu)件對象"貼上"附加的責(zé)任。

三、 裝飾模式示例性代碼

以下示例性代碼實現(xiàn)了裝飾模式：

// Decorator pattern -- Structural example  
using System;

// "Component"
abstract class Component
{
  // Methods
  abstract public void Operation();
}

// "ConcreteComponent"
class ConcreteComponent : Component
{
  // Methods
  override public void Operation()
  {
    Console.WriteLine("ConcreteComponent.Operation()");
  }
}

// "Decorator"
abstract class Decorator : Component
{
  // Fields
  protected Component component;

  // Methods
  public void SetComponent( Component component )
  {
    this.component = component;
  }

  override public void Operation()
  {
    if( component != null )
      component.Operation();
  }
}

// "ConcreteDecoratorA"
class ConcreteDecoratorA : Decorator
{
  // Fields
  private string addedState;

  // Methods
  override public void Operation()
  {
    base.Operation();
    addedState = "new state";
    Console.WriteLine("ConcreteDecoratorA.Operation()");
  }
}

// "ConcreteDecoratorB"
class ConcreteDecoratorB : Decorator
{
  // Methods
  override public void Operation()
  {
    base.Operation();
    AddedBehavior();
    Console.WriteLine("ConcreteDecoratorB.Operation()");
  }

  void AddedBehavior()
  {
  }
}

/**//// 

/// Client test
/// 
public class Client
{
  public static void Main( string[] args )
  {
    // Create ConcreteComponent and two Decorators
    ConcreteComponent c = new ConcreteComponent();
    ConcreteDecoratorA d1 = new ConcreteDecoratorA();
    ConcreteDecoratorB d2 = new ConcreteDecoratorB();

    // Link decorators
    d1.SetComponent( c );
    d2.SetComponent( d1 );

    d2.Operation();
  }
}

上面的代碼在執(zhí)行裝飾時是通過SetComponent方法實現(xiàn)的，在實際應(yīng)用中，也有通過構(gòu)造函數(shù)實現(xiàn)的，一個典型的創(chuàng)建過程可能如下：

new Decorator1(
   new Decorator2(
      new Decorator3(
         new ConcreteComponent()
         )
      )
   )

裝飾模式常常被稱為包裹模式，就是因為每一個具體裝飾類都將下一個具體裝飾類或者具體構(gòu)件類包裹起來。

四、 裝飾模式應(yīng)當(dāng)在什么情況下使用

在以下情況下應(yīng)當(dāng)使用裝飾模式：

1. 需要擴(kuò)展一個類的功能，或給一個類增加附加責(zé)任。
2. 需要動態(tài)地給一個對象增加功能，這些功能可以再動態(tài)地撤銷。
3. 需要增加由一些基本功能的排列組合而產(chǎn)生的非常大量的功能，從而使繼承關(guān)系變得不現(xiàn)實。
   

五、 裝飾模式實際應(yīng)用的例子

該例子演示了通過裝飾模式為圖書館的圖書與錄像帶添加"可借閱"裝飾。

// Decorator pattern -- Real World example  
using System;
using System.Collections;

// "Component"
abstract class LibraryItem
{
  // Fields
  private int numCopies;

  // Properties
  public int NumCopies
  {
    get{ return numCopies; }
    set{ numCopies = value; }
  }

  // Methods
  public abstract void Display();
}

// "ConcreteComponent"
class Book : LibraryItem
{
  // Fields
  private string author;
  private string title;

  // Constructors
  public Book(string author,string title,int numCopies)
  {
    this.author = author;
    this.title = title;
    this.NumCopies = numCopies;
  }

  // Methods
  public override void Display()
  {
    Console.WriteLine( " Book ------ " );
    Console.WriteLine( " Author: {0}", author );
    Console.WriteLine( " Title: {0}", title );
    Console.WriteLine( " # Copies: {0}", NumCopies );
  }
}

// "ConcreteComponent"
class Video : LibraryItem
{
  // Fields
  private string director;
  private string title;
  private int playTime;

  // Constructor
  public Video( string director, string title,
    int numCopies, int playTime )
  {
    this.director = director;
    this.title = title;
    this.NumCopies = numCopies;
    this.playTime = playTime;
  }

  // Methods
  public override void Display()
  {
    Console.WriteLine( " Video ----- " );
    Console.WriteLine( " Director: {0}", director );
    Console.WriteLine( " Title: {0}", title );
    Console.WriteLine( " # Copies: {0}", NumCopies );
    Console.WriteLine( " Playtime: {0}", playTime );
  }
}

// "Decorator"
abstract class Decorator : LibraryItem
{
  // Fields
  protected LibraryItem libraryItem;

  // Constructors
  public Decorator ( LibraryItem libraryItem )
  { this.libraryItem = libraryItem; }

  // Methods
  public override void Display()
  { libraryItem.Display(); }
}

// "ConcreteDecorator"
class Borrowable : Decorator
{
  // Fields
  protected ArrayList borrowers = new ArrayList();

  // Constructors
  public Borrowable( LibraryItem libraryItem )
    : base( libraryItem ) {}

  // Methods
  public void BorrowItem( string name )
  {
    borrowers.Add( name );
    libraryItem.NumCopies--;
  }

  public void ReturnItem( string name )
  {
    borrowers.Remove( name );
    libraryItem.NumCopies++;
  }

  public override void Display()
  {
    base.Display();
    foreach( string borrower in borrowers )
      Console.WriteLine( " borrower: {0}", borrower );
  }
}
 
/**//// 

///  DecoratorApp test
/// 
public class DecoratorApp
{
  public static void Main( string[] args )
  {
    // Create book and video and display
    Book book = new Book( "Schnell", "My Home", 10 );
    Video video = new Video( "Spielberg",
      "Schindler‘s list", 23, 60 );
    book.Display();
    video.Display();

    // Make video borrowable, then borrow and display
    Console.WriteLine( " Video made borrowable:" );
    Borrowable borrowvideo = new Borrowable( video );
    borrowvideo.BorrowItem( "Cindy Lopez" );
    borrowvideo.BorrowItem( "Samuel King" );

    borrowvideo.Display();
  }
}

六、 使用裝飾模式的優(yōu)點和缺點

使用裝飾模式主要有以下的優(yōu)點：

1. 裝飾模式與繼承關(guān)系的目的都是要擴(kuò)展對象的功能，但是裝飾模式可以提供比繼承更多的靈活性。
2. 通過使用不同的具體裝飾類以及這些裝飾類的排列組合，設(shè)計師可以創(chuàng)造出很多不同行為的組合。
3. 這種比繼承更加靈活機動的特性，也同時意味著裝飾模式比繼承更加易于出錯。

使用裝飾模式主要有以下的缺點：

由于使用裝飾模式，可以比使用繼承關(guān)系需要較少數(shù)目的類。使用較少的類，當(dāng)然使設(shè)計比較易于進(jìn)行。但是，在另一方面，使用裝飾模式會產(chǎn)生比使用繼承關(guān)系更多的對象。更多的對象會使得查錯變得困難，特別是這些對象看上去都很相像。

七、 模式實現(xiàn)的討論

大多數(shù)情況下，裝飾模式的實現(xiàn)都比上面定義中給出的示意性實現(xiàn)要簡單。對模式進(jìn)行簡化時需要注意以下的情況：

（1）一個裝飾類的接口必須與被裝飾類的接口相容。

（2）盡量保持Component作為一個"輕"類，不要把太多的邏輯和狀態(tài)放在Component類里。

（3）如果只有一個ConcreteComponent類而沒有抽象的Component類（接口），那么Decorator類經(jīng)常可以是ConcreteComponent的一個子類。如下圖所示：

（4）如果只有一個ConcreteDecorator類，那么就沒有必要建立一個單獨的Decorator類，而可以把Decorator和ConcreteDecorator的責(zé)任合并成一個類。

八、 透明性的要求

透明的裝飾模式

裝飾模式通常要求針對抽象編程。裝飾模式對客戶端的透明性要求程序不要聲明一個ConcreteDecorator類型的變量，而應(yīng)當(dāng)聲明一個Component類型的變量。換言之，下面的做法是對的：

Component c = new ConcreteComponent()；
Component c1 = new ConcreteDecorator1(c)；
Component c2 = new ConcreteDecorator(c1)；

而下面的做法是不對的：

ConcreteComponent c = new ConcreteDecorator()；

這就是前面所說的，裝飾模式對客戶端是完全透明的含義。

用孫悟空的例子來說，必須永遠(yuǎn)把孫悟空的所有變化都當(dāng)成孫悟空來對待，而如果把老孫變成的雀兒當(dāng)成雀兒，而不是老孫，那就被老孫騙了，而這是不應(yīng)當(dāng)發(fā)生的。

下面的做法是不對的：

大圣本尊 c = new 大圣本尊()；
雀兒 bird = new 雀兒 (c)；

半透明的裝飾模式

然而，純粹的裝飾模式很難找到。裝飾模式的用意是在不改變接口的前提下，增強所考慮的類的性能。在增強性能的時候，往往需要建立新的公開的方法。即 便是在孫大圣的系統(tǒng)里，也需要新的方法。比如齊天大圣類并沒有飛行的能力，而雀兒有。這就意味著雀兒應(yīng)當(dāng)有一個新的fly()方法。

這就導(dǎo)致了大多數(shù)的裝飾模式的實現(xiàn)都是"半透明"（semi-transparent）的，而不是完全"透明"的。換言之，允許裝飾模式改變接口， 增加新的方法。即聲明ConcreteDecorator類型的變量，從而可以調(diào)用ConcreteDecorator類中才有的方法：

齊天大圣 c = new 大圣本尊()；
雀兒 bird = new 雀兒(c)；
bird.fly()；

齊天大圣接口根本沒有fly()這個方法，而雀兒接口里有這個方法。

九、 裝飾模式在.NET中的應(yīng)用

.net中存在如下類模型：

下面的代碼段用來將XmlDocument的內(nèi)容格式輸出。我們可以體會Decorator模式在這里所起的作用。

// 生成ConcreteComponent（內(nèi)存流ms）
MemoryStream ms = new MemoryStream();

// 用XmlTextWriter對內(nèi)存流 ms 進(jìn)行裝飾
// 此處使用了半透明的裝飾模式
XmlTextWriter xtw = new XmlTextWriter(ms, Encoding.UTF8);
xtw.Formatting = Formatting.Indented;

// 對裝飾xtw的操作會轉(zhuǎn)而操作本體－內(nèi)存流ms
xmlDoc.Save(xtw);

byte[] buf = ms.ToArray();
txtResult.Text = Encoding.UTF8.GetString(buf,0,buf.Length);
xtw.Close();