第4章 装饰模式

4.1 从生活中领悟装饰模式

4.1.1 故事剧情—你想怎么搭就怎么搭

Tony因为换工作而搬了一次家！这是一个4室1厅1卫1厨的户型，住了4户人家。恰巧这里住的都是年轻人，有男孩也有女孩，而 Tony就是在这里遇上了自己喜欢的人，她叫Jenny。Tony和Jenny每天低头不见抬头见，但Tony是一个程序员，天生不善言辞，不懂着装，老被Jenny嫌弃：满脸猥琐，一副邋遢样！

被嫌弃后，Tony痛定思痛：一定要改善一下自己的形象！于是叫上自己的死党Henry一起去了五彩城……

Tony在这个大商城中兜兜转转，被各个商家教化着该怎样搭配衣服：衬衫要套在腰带里面，风衣不要系纽扣，领子要立起来……

在反复试穿了一个晚上的衣服之后，Tony 终于找到一套还算凑合的着装：下面是一条卡其色休闲裤配一双深色休闲皮鞋，加一条银色针扣头的黑色腰带；上面是一件紫红色针织毛衣，内套一件白色衬衫；头上戴一副方形黑框眼镜。整体着装虽不潮流，却透露出一种工作人士的成熟、稳健和大气！

4.1.2 用程序来模拟生活

服装店里的衣服品类齐全，款式多样，但不同品味的人会搭配出完全不同的风格。Tony是一个程序员，给自己搭配了一套着装，但类似的着装也可以穿在其他人身上，比如一个老师也可以这样穿。下面我们就用程序来模拟这样一个情景。

源码示例4-1 模拟故事剧情

测试代码：

上面的测试代码中decorateTeacher=GlassesDecorator（WhiteShirtDecorator（LeatherShoesDecorator （Teacher（"wells","教授"））））这个写法，大家不要觉得奇怪，它其实就是将多个对象的创建过程合在了一起，是一种优雅的写法。创建的Teacher对象通过参数传给LeatherShoesDecorator的构造函数，而创建的LeatherShoesDecorator对象又通过参数传给WhiteShirtDecorator的构造函数，依此类推……

输出结果：

4.2 从剧情中思考装饰模式

4.2.1 什么是装饰模式

Attach additional responsibilities to an object dynamically.Decorators provide a flexible alternative to subclassing for extending functionality.

动态地给一个对象增加一些额外的职责，就拓展对象功能来说，装饰模式比生成子类的方式更为灵活。

就故事剧情中这个示例来说，由结构庞大的子类继承关系（如图4-1所示）转换成了结构紧凑的装饰关系（如图4-2所示）。

4.2.2 装饰模式设计思想

在故事剧情中，Tony为了改善自己的形象，换了整体着装，改变了自己的气质，使自己看起来不再是那个猥琐的邋遢样。俗话说一个人帅不帅，三分看长相，七分看打扮。同一个人，不一样的着装，会给人完全不一样的感觉。我们可以任意搭配不同的衣服、围巾、裤子、鞋子、眼镜、帽子以达到不同的效果。

在这个追求个性与自由的时代，穿着的风格可谓是开放到了极致，真是你想怎么搭就怎么搭！如果你去参加一个正式会议或演讲，可以穿一套标配西服；如果你去大草原，想骑着骏马驰骋天地，便该穿上马服、马裤、马鞋；如果你是漫迷，去参加动漫节，亦可穿上cosplay的衣服，让自己成为那个内心向往的主角……

这样一个时时刻刻发生在我们生活中的着装问题，就是程序中装饰模式的典型样例。在程序中，我们希望动态地给一个类增加额外的功能，而不改动原有的代码，就可用装饰模式来进行拓展。

4.3 装饰模式的模型抽象

4.3.1 类图

装饰模式的类图如图4-3所示。

图4-3中的Component是一个抽象类，代表具有某种功能（function）的组件，ComponentImplA和ComponentImplB分别是其具体的实现子类。Decorator是Component的装饰器，里面有一个Component的对象decorated，这就是被装饰的对象，装饰器可为被装饰对象添加额外的功能或行为（addBehavior）。DecoratorImplA和DecoratorImplB分别是两个具体的装饰器（实现子类）。

这样一种模式很好地将装饰器与被装饰的对象进行了解耦。

4.3.2 Python中的装饰器

在Python中一切都是对象：一个实例是一个对象，一个函数也是一个对象，甚至类本身也是一个对象。在Python中，可以将一个函数作为参数传递给另一个函数，也可以将一个类作为参数传递给一个函数。

1.Python中函数的特殊功能

在 Python 中，函数可以作为一个参数传递给另一个函数，也可以在函数中返回一个函数，还可以在函数内部再定义函数。这是Python和很多静态语言不同的地方，这一特性给它带来了很多新奇的功能。

源码示例4-2 函数的特殊功能

输出结果如下：

上面的调用代码等同于：

2.装饰器修饰函数

装饰器的作用：包装一个函数，并改变（拓展）它的行为。

我们以一个场景为例，看一下Python中装饰器是如何实现的。假设有这样一个需求：我们希望每一个函数在被调用之前和被调用之后，记录一条日志。

源码示例4-3 定义装饰器

输出结果：

我们在loggingDecorator中定义了一个内部函数wrapperLogging，用于在传入的函数中执行前后记录日志，一般称这个函数为包装函数，并在最后返回这个函数。我们称loggingDecorator为装饰器，定义这个装饰器函数之后，就可以将其应用于所有希望记录日志的函数，比如下面这样一个函数：

输出结果：

有没有发现，我们每次调用一个函数，都要写两行代码。这是非常繁琐的，Python有没有更简单的方式，让我们的代码更简洁一些呢？答案是肯定的，那就是@decorator语法，如下所示：

@loggingDecorator 表示用loggingDecorator装饰器来修饰showMin函数，它的功能与下面代码的作用是相同的，但调用时，只需要写一行代码，和调用一般函数是一样的。

3.装饰器修饰类

装饰器可以是一个函数，也可以是一个类（必须要实现__call__方法，使其是callable的）。同时装饰器不仅可以修改一个函数，还可以修饰一个类，示例如下。

源码示例4-4 修饰类的装饰器

输出结果：

这里 ClassDecorator 是类装饰器，记录一个类被实例化的次数。其修饰一个类和修饰一个函数的用法是一样的，只需在定义类时 @ClassDecorator即可。

4.3.3 模型说明

1.设计要点

（1）可灵活地给一个对象增加职责或拓展功能。你可任意地穿上自己想穿的衣服。不管穿上什么衣服，你还是那个你，但穿上不同的衣服你就会有不同的外表。

（2）可增加任意多个装饰 你可以只穿一件衣服，也可以只穿一条裤子，也可以衣服和裤子搭配着穿，随你意！

（3）装饰的顺序不同，可能产生不同的效果。在上面的示例中，Tony把针织毛衣穿在外面，白色衬衫穿在里面。当然，如果你愿意（或因为怕冷），也可以把针织毛衣穿在里面，白色衬衫穿在外面。但两种着装穿出来的效果、给人的感觉肯定是完全不一样的。

使用装饰模式时，想要改变装饰的顺序，也是非常简单的。只要把测试代码稍微改动一下即可，如下所示：

输出结果如下：

2.装饰模式的优缺点

优点：

（1）使用装饰模式来实现扩展比使用继承更加灵活，它可以在不创造更多子类的情况下，将对象的功能加以扩展。

（2）可以动态地给一个对象附加更多的功能。

（3）可以用不同的装饰器进行多重装饰，装饰的顺序不同，可能产生不同的效果。

（4）装饰类和被装饰类可以独立发展，不会相互耦合；装饰模式相当于继承的一个替代模式。

缺点：

与继承相比，用装饰的方式拓展功能容易出错，排错也更困难。对于多次装饰的对象，调试寻找错误时可能需要逐级排查，较为烦琐。

3.Python装饰器与装饰模式的区别与联系

在“4.3.2 Python中的装饰器”一节中讲了Python中装饰器的原理和用法，它与我们在这一章讲的装饰模式的设计模式有什么区别呢？二者的区别如表4-1所示。

二者的联系是，设计的思想相似，即要达到的目标是相似的：更好的拓展性，以及在不需要做太多代码变动的前提下，增加额外的功能。

4.4 应用场景

（1）有大量独立的扩展，为支持每一种组合将产生大量的子类，使得子类数目呈爆炸性增长时。

（2）需要动态地增加或撤销功能时。

（3）不能采用生成子类的方法进行扩充时，类的定义不能用于生成子类（如Java中的final类）。

装饰模式的应用场景非常广泛。如在实际项目开发中经常看到的过滤器，便可用装饰模式的方式实现。如果你是Java程序员，那么你对I/O中的FilterInputStream和FilterOutputStream一定不陌生，它的实现其实就是一个装饰模式。FilterInputStream（FilterOutputStream）就是一个装饰器，而InputStream（OutputStream）就是被装饰的对象。我们看一下创建对象的过程：

这个写法与上面Demo中的decorateTeacher=GlassesDecorator（WhiteShirtDecorator（LeatherShoesDecorator（Teacher（"wells","教授"））））是不是很相似？它们都是用一个对象套一个对象的方式进行创建的。