設計模式詳解之結構型設計模式——介面卡、裝飾器

北冥蝦發表於2022-04-26
設計模式

結構型設計模式

建立型設計模式主要是為了解決建立物件的問題，而結構型設計模式則是為了解決已有物件的使用問題。

介面卡模式

介面卡模式比較好理解，因為在我們的日常生活中就很常見，如耳機轉換線、充電器介面卡、插座等，舉個最常見的例子：

插座

插座就是個介面卡，將一個介面擴充套件為多個介面，將牆上的雙孔介面轉換為三孔介面。而這也就是介面卡的作用：將一個介面轉換為使用者期望的另一個介面。

介面卡的使用場景：

  • 需要使用第三方SDK的核心功能，但其介面或者功能不符合需求，這時可以使用介面卡對其進行相容和擴充套件
  • 隨著業務發展，舊介面已經不能滿足需求，但重寫代價又太大，這時可以使用介面卡對介面功能進行擴充套件

注意：介面卡是對已有資源進行相容和擴充套件，屬於一種折中的方式，如果可以的話，儘量重構系統而不是使用介面卡

繼承器的實現有兩種方式：繼承和組合,基於合成複用的原則，組合優於繼承，所以應儘量使用組合的方式實現介面卡。類圖如下：

介面卡類圖

實現程式碼：

    //已有的舊介面,不相容於現在的系統
    public interface IAmericanElectrictService
    {
        int Get110VElectric();
    }
    
    //adaptee，需要適配的SDK
    public class AmericanElectrictService : IAmericanElectrictService
    {
        public int Get110VElectric()
        {
            Console.WriteLine("美國的電壓是110v，只能提供110V的電壓");
            return 110;
        }
    }
    
    //已有介面，現在的系統需要使用這個介面
    public interface IChineseElectricService
    {
        int Get220VElectric();
    }
    
    //介面卡，採取組合的方式
    //這裡是為了適配已有介面，所以實現了這個介面
    public class AdapterPattern : IChineseElectricService
    {
        private readonly IAmericanElectrictService _service;

        public AdapterPattern(IAmericanElectrictService service)
        {
            this._service = service;
        }
        public int Get220VElectric()
        {
            var electric = this._service.Get110VElectric();
            Console.WriteLine("劈里啪啦劈里啪啦，經過一番操作，現在電壓轉換為220V的了");
            return electric + 110;
        }
    }
    
    //使用介面卡，將110V電壓轉換成220V
    public class AdapterRunner : IRunner
    {
        public void Run()
        {
            //實際情況中，adaptee有可能是已有SDK，有可能是interface，通過IOC容器對應具體實現類
            var americanElectric = new AmericanElectrictService();
            var electric = americanElectric.Get110VElectric();
            Console.WriteLine($"獲得了{electric}V電壓");
            Console.WriteLine("使用介面卡");
            var adapter = new AdapterPattern(americanElectric);
            electric = adapter.Get220VElectric();
            Console.WriteLine($"使用介面卡後獲得了{electric}V電壓");
        }
    }
    //輸出
    //------------------------------------
    //美國的電壓是110v，只能提供110V的電壓
    //獲得了110V電壓
    //使用介面卡
    //美國的電壓是110v，只能提供110V的電壓
    //劈里啪啦劈里啪啦，經過一番操作，現在電壓轉換為220V的了
    //使用介面卡後獲得了220V電壓

總結

優點：

  • 可以擴充套件和相容現有類，靈活性高
  • 提高了類的複用，原本不能使用的類適配後能使用

缺點：

  • 介面卡本質是套一層，如果使用過多，可能導致系統混亂，甚至出現套中套的複雜情況

裝飾器模式

利用繼承和組合，在不改變現有結構的情況下對功能進行擴充套件的模式稱為裝飾器模式

裝飾器模式和介面卡模式很像，但側重點不一樣。介面卡的重心在於相容已有系統，而裝飾器的重心在於功能擴充套件。裝飾器的類圖如下：

裝飾器

上圖中，基礎裝飾器繼承抽象類，每個裝飾器繼承前一個裝飾器，一步一步新增功能，並且所有裝飾器都用到具體實現類，因為需要擴充套件具體功能。

這裡其實就能看出一些裝飾器和介面卡的區別，介面卡和裝飾器都使用組合來包裝已有類，不同的是裝飾器用到了繼承。裝飾器的核心原則是里氏替換原則，即父類一定能被子類替換而不影響現有程式碼。實現程式碼如下：

//抽象基礎類
public abstract class AbstractStudent
{
    public abstract void Study();
}

//具體實現類
public class Student : AbstractStudent
{
    public override void Study()
    {
        Console.WriteLine("我正在學習！！！");
    }
}
 
//基礎裝飾器，什麼也不做
//注意，這裡標記為抽象類，此後的裝飾器以此為基礎
public abstract class BaseDecorator : AbstractStudent
{
    private readonly AbstractStudent _student;
    public BaseDecorator(AbstractStudent student)
    {
        this._student = student;
    }
    //這裡使用override還是Virtual取決於AbstractStudent基礎類是抽象類還是介面
    public override void Study()
    {
        this._student.Study();
    }
}

//字首裝飾器，在呼叫具體功能前做點什麼
 public class PreDecorator : BaseDecorator
{
    public PreDecorator(AbstractStudent student) : base(student)
    {
    }
    public override void Study()
    {
        Console.WriteLine("學習前看會兒小說");
        base.Study();
    }
}

//字尾裝飾器，在呼叫具體功能後做點什麼
public class NextDecorator : PreDecorator
{
    public NextDecorator(AbstractStudent student) : base(student)
    {
    }
    public override void Study()
    {
        base.Study();
        Console.WriteLine("學習辛苦啦，獎勵自己一包辣條");
    }
}

//測試程式碼
public class DecoratorRunner : IRunner
{
    public void Run()
    {
        Console.WriteLine("沒有用裝飾器的基本功能：");
        var student = new Student();
        student.Study();
        Console.WriteLine();
        
        Console.WriteLine("使用字首裝飾器在基礎功能之前做點什麼");
        var preDecorator = new PreDecorator(student);
        preDecorator.Study();
        Console.WriteLine();
        
        Console.WriteLine("使用字尾裝飾器在字首裝飾器功能之後做點什麼");
        //注意：這裡傳入的字首裝飾器，在字首裝飾器的基礎之上做擴充套件
        var nextDecorator = new NextDecorator(student);
        nextDecorator.Study();
    }
}

//輸出：  
//沒有用裝飾器的基本功能：
//我正在學習！！！
//
//使用字首裝飾器在基礎功能之前做點什麼
//學習前看會兒小說
//我正在學習！！！
//
//使用字尾裝飾器在字首裝飾器功能之後做點什麼
//學習前看會兒小說
//我正在學習！！！
//學習辛苦啦，獎勵自己一包辣條

可以看出，裝飾器其實就是利用組合+繼承(實現)+override不斷包裝和更新物件，使其功能得到擴充套件。裝飾器是用於替換繼承的設計模式，主要使用場景如下：

  • 想擴充套件實現類的功能，又不想新增太多子類
  • 需要動態增加和撤銷功能(例如遊戲技能)

裝飾器的優點在於靈活，耦合性低，且不會改變現有結構。缺點則是巢狀過多會增加系統複雜度。

相關文章