子类复子类,子类何其多
假如我们需要为游戏中开发一种坦克,除了各种不同型号的坦克外,我们还希望在不同场合中为其增加以下一种或多种功能:比如红外线夜视功能,比如水陆两栖功能,比如卫星定位功能等等。
// 抽象坦克
public abstract class Tank
{
public abstract Shot();
public abstract Run();
}
//各种不同功能的组合
public class T50A: T50, IA {…}
public class T50B: T50, IB {…}
public class T50C: T50, IC {…}
public class T50AB: T50, IA, IB {…}
public class T50BC: T50, IB, IC {…}
public class T50ABC: T50, IA, IB, IC{...}
//各种型号
public class T50: Tank {……}
public class T75: Tank {……}
public class T90: Tank {……}
动机(Motivation)
上述描述的问题根源在于我们“过度地使用了继承来扩展对象的功能”,由于继承为类型引入的静态特质(在编译时确定),使得这种扩展方式缺乏灵活性;并且随着子类的增多(扩展功能的增多),各种子类的组合(扩展功能的组合)会导致更多子类的膨胀(多继承)。
如何使“对象功能的扩展”能够根据需要来动态地(运行时)实现?同时避免“扩展功能的增多”带来的子类膨胀问题?从而使得任何“功能扩展变化”所导致的影响将为最低?
意图(Intent)
动态地给一个对象增加一些额外的职责。就增加功能而言,Decorator模式比生成子类更为灵活。 —— 《设计模式》GoF
例说Decorator应用 ——Codes in .NET
1)客户程序
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Tank tank = new T50();
//扩展红外
DecoratorA da = new DecoratorA(tank);
//扩展红外,卫星定位
DecoratorB db = new DecoratorB(da);
db.Shot();
}
}
2)抽象Tank
public abstract class Tank
{
public abstract void Shot();
public abstract void Run();
}
3)装饰基类
/// <summary>
/// 接口继承,行为像Tank。但不是Tank
/// </summary>
public abstract class Decorator : Tank
{
/// <summary>
/// Has-A 对象组合
/// </summary>
private Tank tank;
public Decorator(Tank tank)
{
this.tank = tank;
}
public override void Shot()
{
tank.Shot();
}
public override void Run()
{
tank.Run();
}
}
4)装饰类
/// <summary>
/// 对红外功能的扩展
/// </summary>
public class DecoratorA : Decorator
{
public DecoratorA(Tank tank)
: base(tank)
{ }
public override void Shot()
{
//红外功能扩展
this.ShotA();
//do shot...
base.Shot();
}
public override void Run()
{
//红外功能扩展
this.RunA();
//do run...
base.Run();
}
public void ShotA()
{ }
public void RunA()
{ }
}
/// <summary>
/// 对卫星定位的扩展
/// </summary>
public class DecoratorB : Decorator
{
public DecoratorB(Tank tank)
: base(tank)
{ }
public override void Shot()
{
//卫星定位功能扩展
this.ShotB();
//do shot...
base.Shot();
}
public override void Run()
{
//卫星定位功能扩展
this.RunB();
//do run...
base.Run();
}
public void ShotB()
{ }
public void RunB()
{ }
}
5)具体Tank
public class T50 : Tank
{
public override void Shot()
{ }
public override void Run()
{ }
}
public class T75 : Tank
{
public override void Shot()
{ }
public override void Run()
{ }
}
结构(Structure)
Decorator模式的几个要点
1)通过采用组合、而非继承的手法,Decorator模式实现了在运行时动态地扩展对象功能的能力,而且可以根据需要扩展多个功能。避免了单独使用继承带来的“灵活性差”和“多子类衍生问题”。
2)Component类在Decorator模式中充当抽象接口的角色,不应该去实现具体的行为。而且Decorator类对于Component类应该透明——换言之Component类无需知道Decorator类,Decorator类是从外部来扩展Component类的功能。
3)Decorator类在接口上表现为is-a Component的继承关系,即Decorator类继承了Component类所具有的接口。但在实现上又表现为has-a Component的组合关系,即Decorator类又使用了另外一个Component类。我们可以使用一个或者多个Decorator对象来“装饰”一个Component对象,且装饰后的对象仍然是一个Component对象。
4)Decorator模式并非解决“多子类衍生的多继承”问题,Decorator模式应用的要点在于解决“主体类在多个方向上的扩展功能”——是为“装饰”的含义。
.NET框架中的Decorator应用
举例:
MemoryStream ms = new MemoryStream(new byte[] { 119, 250, 110, 120 });
//扩展缓冲功能
BufferedStream buff = new BufferedStream(ms);
//扩展加密功能
ICryptoTransform transform= null;
CryptoStream crypto = new CryptoStream(ms, transform, CryptoStreamMode.Read);
推荐资源
1)《设计模式:可复用面向对象软件的基础》GoF
2)《面向对象分析与设计》Grady Booch
3)《敏捷软件开发:原则、模式与实践》Robert C. Martin
4)《重构:改善既有代码的设计》Martin Fowler
5)《Refactoring to Patterns》Joshua Kerievsky