設計模式詳解之結構型設計模式——適配器、裝飾器

2022 年 4 月 26 日
筆記
設計模式

結構型設計模式

創建型設計模式主要是為了解決創建對象的問題，而結構型設計模式則是為了解決已有對象的使用問題。

適配器模式

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

插座就是個適配器，將一個介面擴展為多個介面，將牆上的雙孔介面轉換為三孔介面。而這也就是適配器的作用：將一個介面轉換為用戶期望的另一個介面。

適配器的使用場景：

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，這時可以使用適配器對其進行兼容和擴展
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，這時可以使用適配器對介面功能進行擴展

注意：適配器是對已有資源進行兼容和擴展，屬於一種折中的方式，如果可以的話，盡量重構系統而不是使用適配器

繼承器的實現有兩種方式：繼承和組合,基於合成復用的原則，組合優於繼承，所以應盡量使用組合的方式實現適配器。類圖如下：

實現程式碼：

    //已有的舊介面,不兼容於現在的系統
    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();
    }
    
    //適配器，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;
        }
    }
    
    //使用適配器，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($"獲得了{electric}V電壓");
            Console.WriteLine("使用適配器");
            var adapter = new AdapterPattern(americanElectric);
            electric = adapter.Get220VElectric();
            Console.WriteLine($"使用適配器後獲得了{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
    //使用適配器
    //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
    //使用適配器後獲得了220V電壓

總結

優點：

可以擴展和兼容現有類，靈活性高
提高了類的復用，原本不能使用的類適配後能使用

缺點：

適配器本質是套一層，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展的模式稱為裝飾器模式

裝飾器模式和適配器模式很像，但側重點不一樣。適配器的重心在於兼容已有系統，而裝飾器的重心在於功能擴展。裝飾器的類圖如下：

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，一步一步添加功能，並且所有裝飾器都用到具體實現類，因為需要擴展具體功能。

這裡其實就能看出一些裝飾器和適配器的區別，適配器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();
    }
}

//前綴裝飾器，在調用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();
    }
}

//後綴裝飾器，在調用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("使用前綴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("使用後綴裝飾器在前綴裝飾器功能之後做點什麼");
        //注意：這裡傳入的前綴裝飾器，在前綴裝飾器的基礎之上做擴展
        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！！！
//
//使用前綴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！！！
//
//使用後綴裝飾器在前綴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不斷包裝和更新對象，使其功能得到擴展。裝飾器是用於替換繼承的設計模式，主要使用場景如下：

想擴展實現類的功能，又不想添加太多子類
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。缺點則是嵌套過多會增加系統複雜度。

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