设计模式详解之结构型设计模式——适配器、装饰器

结构型设计模式

创建型设计模式主要是为了解决创建对象的问题，而结构型设计模式则是为了解决已有对象的使用问题。

适配器模式

适配器模式比较好理解，因为在我们的日常生活中就很常见，如耳机转换线、充电器适配器、插座等，举个最常见的例子：

插座就是个适配器，将一个接口扩展为多个接口，将墙上的双孔接口转换为三孔接口。而这也就是适配器的作用：将一个接口转换为用户期望的另一个接口。

适配器的使用场景：

• 需要使用第三方SDK的核心功能，但其接口或者功能不符合需求，这时可以使用适配器对其进行兼容和扩展
• 随着业务发展，旧接口已经不能满足需求，但重写代价又太大，这时可以使用适配器对接口功能进行扩展

注意：适配器是对已有资源进行兼容和扩展，属于一种折中的方式，如果可以的话，尽量重构系统而不是使用适配器

继承器的实现有两种方式：继承和组合,基于合成复用的原则，组合优于继承，所以应尽量使用组合的方式实现适配器。类图如下：

实现代码：

    //已有的旧接口,不兼容于现在的系统
    public interface IAmericanElectrictService
    {
        int Get110VElectric();
    }
    
    //adaptee，需要适配的SDK
    public class AmericanElectrictService : IAmericanElectrictService
    {
        public int Get110VElectric()
        {
            Console.WriteLine("美国的电压是110v，只能提供110V的电压");
            return 110;
        }
    }
    
    //已有接口，现在的系统需要使用这个接口
    public interface IChineseElectricService
    {
        int Get220VElectric();
    }
    
    //适配器，采取组合的方式
    //这里是为了适配已有接口，所以实现了这个接口
    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，经过一番操作，现在电压转换为220V的了");
            return electric + 110;
        }
    }
    
    //使用适配器，将110V电压转换成220V
    public class AdapterRunner : IRunner
    {
        public void Run()
        {
            //实际情况中，adaptee有可能是已有SDK，有可能是interface，通过IOC容器对应具体实现类
            var americanElectric = new AmericanElectrictService();
            var electric = americanElectric.Get110VElectric();
            Console.WriteLine($"获得了{electric}V电压");
            Console.WriteLine("使用适配器");
            var adapter = new AdapterPattern(americanElectric);
            electric = adapter.Get220VElectric();
            Console.WriteLine($"使用适配器后获得了{electric}V电压");
        }
    }
    //输出
    //------------------------------------
    //美国的电压是110v，只能提供110V的电压
    //获得了110V电压
    //使用适配器
    //美国的电压是110v，只能提供110V的电压
    //劈里啪啦劈里啪啦，经过一番操作，现在电压转换为220V的了
    //使用适配器后获得了220V电压

总结

优点：

• 可以扩展和兼容现有类，灵活性高
• 提高了类的复用，原本不能使用的类适配后能使用

缺点：

• 适配器本质是套一层，如果使用过多，可能导致系统混乱，甚至出现套中套的复杂情况

装饰器模式

利用继承和组合，在不改变现有结构的情况下对功能进行扩展的模式称为装饰器模式

装饰器模式和适配器模式很像，但侧重点不一样。适配器的重心在于兼容已有系统，而装饰器的重心在于功能扩展。装饰器的类图如下：

上图中，基础装饰器继承抽象类，每个装饰器继承前一个装饰器，一步一步添加功能，并且所有装饰器都用到具体实现类，因为需要扩展具体功能。

这里其实就能看出一些装饰器和适配器的区别，适配器和装饰器都使用组合来包装已有类，不同的是装饰器用到了继承。装饰器的核心原则是里氏替换原则，即父类一定能被子类替换而不影响现有代码。实现代码如下：

//抽象基础类
public abstract class AbstractStudent
{
    public abstract void Study();
}
 
//具体实现类
public class Student : AbstractStudent
{
    public override void Study()
    {
        Console.WriteLine("我正在学习！！！");
    }
}
 
//基础装饰器，什么也不做
//注意，这里标记为抽象类，此后的装饰器以此为基础
public abstract class BaseDecorator : AbstractStudent
{
    private readonly AbstractStudent _student;
    public BaseDecorator(AbstractStudent student)
    {
        this._student = student;
    }
    //这里使用override还是Virtual取决于AbstractStudent基础类是抽象类还是接口
    public override void Study()
    {
        this._student.Study();
    }
}
 
//前缀装饰器，在调用具体功能前做点什么
 public class PreDecorator : BaseDecorator
{
    public PreDecorator(AbstractStudent student) : base(student)
    {
    }
    public override void Study()
    {
        Console.WriteLine("学习前看会儿小说");
        base.Study();
    }
}
 
//后缀装饰器，在调用具体功能后做点什么
public class NextDecorator : PreDecorator
{
    public NextDecorator(AbstractStudent student) : base(student)
    {
    }
    public override void Study()
    {
        base.Study();
        Console.WriteLine("学习辛苦啦，奖励自己一包辣条");
    }
}
 
//测试代码
public class DecoratorRunner : IRunner
{
    public void Run()
    {
        Console.WriteLine("没有用装饰器的基本功能：");
        var student = new Student();
        student.Study();
        Console.WriteLine();
        
        Console.WriteLine("使用前缀装饰器在基础功能之前做点什么");
        var preDecorator = new PreDecorator(student);
        preDecorator.Study();
        Console.WriteLine();
        
        Console.WriteLine("使用后缀装饰器在前缀装饰器功能之后做点什么");
        //注意：这里传入的前缀装饰器，在前缀装饰器的基础之上做扩展
        var nextDecorator = new NextDecorator(student);
        nextDecorator.Study();
    }
}
 
//输出：  
//没有用装饰器的基本功能：
//我正在学习！！！
//
//使用前缀装饰器在基础功能之前做点什么
//学习前看会儿小说
//我正在学习！！！
//
//使用后缀装饰器在前缀装饰器功能之后做点什么
//学习前看会儿小说
//我正在学习！！！
//学习辛苦啦，奖励自己一包辣条 

可以看出，装饰器其实就是利用组合+继承(实现)+override不断包装和更新对象，使其功能得到扩展。装饰器是用于替换继承的设计模式，主要使用场景如下：

• 想扩展实现类的功能，又不想添加太多子类
• 需要动态增加和撤销功能(例如游戏技能)

装饰器的优点在于灵活，耦合性低，且不会改变现有结构。缺点则是嵌套过多会增加系统复杂度。