“单一职责”模式
在软件组件的设计中,如果责任划分的不清晰,使用继承得到的结果往往是随需求的变化,子类急剧膨胀,同时充斥着重复代码,这时候的关键是划清责任。
典型模式
- Decorator
- Bridge
1.动机
在某些情况下我们可能会“过度地使用继承来扩展对象的功能”,由于继承为类型引入的静态特质,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)会导致更多子类的膨胀。
那么如何使“对象功能的扩展”能够根据需要动态的实现?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。
2.示例
问题描述:设计一组与流相关的类,首先定义一个抽象基类Stream,之后继承各种,如FileStream,NetworkStream,MemoryStream。之后对流进行扩展操作,如加密操作,拷贝操作等。
//业务操作
class Stream{
public:
virtual char Read(int number)=0;
virtual void Seek(int position)=0;
virtual void Write(char data)=0;
virtual ~Stream(){}
};
//主体类,文件流
class FileStream: public Stream{
public:
virtual char Read(int number){
//读文件流
}
virtual void Seek(int position){
//定位文件流
}
virtual void Write(char data){
//写文件流
}
};
//网络流
class NetworkStream :public Stream{
public:
virtual char Read(int number){
//读网络流
}
virtual void Seek(int position){
//定位网络流
}
virtual void Write(char data){
//写网络流
}
};
//内存流
class MemoryStream :public Stream{
public:
virtual char Read(int number){
//读内存流
}
virtual void Seek(int position){
//定位内存流
}
virtual void Write(char data){
//写内存流
}
};
//扩展操作,加密文件流
class CryptoFileStream :public FileStream{
public:
virtual char Read(int number){
//额外的加密操作...
FileStream::Read(number);//读文件流
}
virtual void Seek(int position){
//额外的加密操作...
FileStream::Seek(position);//定位文件流
//额外的加密操作...
}
virtual void Write(byte data){
//额外的加密操作...
FileStream::Write(data);//写文件流
//额外的加密操作...
}
};
//扩展操作,加密网络流
class CryptoNetworkStream : public NetworkStream{
public:
virtual char Read(int number){
//额外的加密操作...
NetworkStream::Read(number);//读网络流
}
virtual void Seek(int position){
//额外的加密操作...
NetworkStream::Seek(position);//定位网络流
//额外的加密操作...
}
virtual void Write(byte data){
//额外的加密操作...
NetworkStream::Write(data);//写网络流
//额外的加密操作...
}
};
//扩展操作,加密内存流
class CryptoMemoryStream : public MemoryStream{
public:
virtual char Read(int number){
//额外的加密操作...
MemoryStream::Read(number);//读内存流
}
virtual void Seek(int position){
//额外的加密操作...
MemoryStream::Seek(position);//定位内存流
//额外的加密操作...
}
virtual void Write(byte data){
//额外的加密操作...
MemoryStream::Write(data);//写内存流
//额外的加密操作...
}
};
//扩展的操作,缓存文件流
class BufferedFileStream : public FileStream{
//...
};
//扩展的操作,缓存网络流
class BufferedNetworkStream : public NetworkStream{
//...
};
//扩展的操作,缓存内存流
class BufferedMemoryStream : public MemoryStream{
//...
}
//扩展的操作,加密缓冲文件流
class CryptoBufferedFileStream :public FileStream{
public:
virtual char Read(int number){
//额外的加密操作...
//额外的缓冲操作...
FileStream::Read(number);//读文件流
}
virtual void Seek(int position){
//额外的加密操作...
//额外的缓冲操作...
FileStream::Seek(position);//定位文件流
//额外的加密操作...
//额外的缓冲操作...
}
virtual void Write(byte data){
//额外的加密操作...
//额外的缓冲操作...
FileStream::Write(data);//写文件流
//额外的加密操作...
//额外的缓冲操作...
}
};
void Process(){
//编译时装配
CryptoFileStream *fs1 = new CryptoFileStream(); //加密文件流
BufferedFileStream *fs2 = new BufferedFileStream();//缓存文件流
CryptoBufferedFileStream *fs3 =new CryptoBufferedFileStream();//加密缓存文件流
}
分析:
以上例子是关于:对各种流的操作的,开始只有三个要求(文件流FileStream,网络流NetWorkStream,内存流MemoryStream),然后这三个类都继承于一个抽象类(Stream);之后提出各种需求,需要进行加密操作,缓存操作等等。因此就有了各种扩展情况。下图可以看出其关系。
什么问题呢?可以看出以上的代码存在大量的代码冗余(比如:加密操作都是一样的,无论是针对文件流还是网络流,加密文件流CryptoFileStream的读操作和加密网络流的都操作都是先加密再读),也就是一样的代码。再看看对CryptoFileStream,CryptoNetworkStream,CryptoMemoryStream进行一部分更改(将继承改为组合)的代码(只看读操作)
class CryptoFileStream :{
FileStream *stream;//更改的地方
public:
virtual char Read(int number){
//额外的加密操作...
stream->Read(number);//更改的地方
}
};
class CryptoNetworkStream{
NetworkStream* stream;//更改的地方
public:
virtual char Read(int number){
//额外的加密操作...
stream->Read(number);//更改的地方
}
};
class CryptoMemoryStream{
MemoryStream* stream;//更改的地方
public:
virtual char Read(int number){
//额外的加密操作...
stream->Read(number);//更改的地方
}
};
上面的代码是不是很像,其中各个类添加的成员(FileStream stream,NetworkStream stream,MemoryStream* stream)是不是可以进一步更改为Stream* stream就可以了。更改完的代码如下
class CryptoFileStream :{
Stream *stream;//new FileStream()
public:
virtual char Read(int number){
//额外的加密操作...
stream->Read(number);
}
};
class CryptoNetworkStream{
Stream* stream;//new NetworkStream()
public:
virtual char Read(int number){
//额外的加密操作...
stream->Read(number);
}
};
class CryptoMemoryStream{
Stream* stream;// new NetWorkStream()
public:
virtual char Read(int number){
//额外的加密操作...
stream->Read(number);
}
};
编译时一样,运行时不一样绝大多数设计模式的原理,运行时让他变化(用多态来支持其变化)。
这样做完后,你发现这三个类是不是一模一样,那只需要一个类就行了(妙!!!)。这样就消除了重复性,优化的代码如下
class CryptoFileStream :{
Stream *stream;//...可以有各种各样的流到这里
public:
virtual char Read(int number){
//额外的加密操作...
stream->Read(number);
}
};
上面代码,但你有没有发现一个问题,CryptoFileStream里的Read凭什么是虚函数,因此必须得继承基类(是为了完善接口规范),因此修改如下
class CryptoStream: public Stream {
Stream* stream;//...各种流都可以
public:
CryptoStream(Stream* stm):stream(stm){
}
virtual char Read(int number){
//额外的加密操作...
stream->Read(number);//读文件流
}
virtual void Seek(int position){
//额外的加密操作...
stream::Seek(position);//定位文件流
//额外的加密操作...
}
virtual void Write(byte data){
//额外的加密操作...
stream::Write(data);//写文件流
//额外的加密操作...
}
};
这样CryptoFileStream既有个基类的字段,也继承基类;同样buffer操作的代码优化同上诉方法一样。
这样改完后 ,就可以这样使用
void Process(){
//运行时装配
FileStream* s1=new FileStream(); //文件流
CryptoStream* s2=new CryptoStream(s1);//加密文件流
BufferedStream* s3=new BufferedStream(s1);//缓冲文件流
BufferedStream* s4=new BufferedStream(s2);//缓冲加密文件流
}
运行时装配什么意思呢?编译时不存在缓存文件流,什么加密文件流等等,没有那样的类,运行时可以通过组合装配起来满足需求。这就是装饰的含义,装饰是附着在其他对象上
图示如下
以上做法已经很完善了。但是,如果某一个类的子类有同样的字段时,应该往上提。提到哪?
方法一:提到基类。但是FileStream不需要这个字段。提到基类不合适。
因此需要设计中间类,见下的第三个版本
//业务操作
class Stream{
public:
virtual char Read(int number)=0;
virtual void Seek(int position)=0;
virtual void Write(char data)=0;
virtual ~Stream(){}
};
//主体类
class FileStream: public Stream{
public:
virtual char Read(int number){
//读文件流
}
virtual void Seek(int position){
//定位文件流
}
virtual void Write(char data){
//写文件流
}
};
class NetworkStream :public Stream{
public:
virtual char Read(int number){
//读网络流
}
virtual void Seek(int position){
//定位网络流
}
virtual void Write(char data){
//写网络流
}
};
class MemoryStream :public Stream{
public:
virtual char Read(int number){
//读内存流
}
virtual void Seek(int position){
//定位内存流
}
virtual void Write(char data){
//写内存流
}
};
//扩展操作,中间类
DecoratorStream: public Stream{ /
protected:
Stream* stream;//...
DecoratorStream(Stream * stm):stream(stm){
}
};
class CryptoStream: public DecoratorStream {
public:
CryptoStream(Stream* stm):DecoratorStream(stm){
}
virtual char Read(int number){
//额外的加密操作...
stream->Read(number);//读文件流
}
virtual void Seek(int position){
//额外的加密操作...
stream::Seek(position);//定位文件流
//额外的加密操作...
}
virtual void Write(byte data){
//额外的加密操作...
stream::Write(data);//写文件流
//额外的加密操作...
}
};
class BufferedStream : public DecoratorStream{
Stream* stream;//...
public:
BufferedStream(Stream* stm):DecoratorStream(stm){
}
//...
};
总结
- 以上代码优化过程中,有些类始终没动,但因为该模式的本质上扩展的,就是在谁的基础上再去做,这就是装饰的含义,附着在其他地方上的一个操作。
- 导致代码不好的原因就是对继承的不良使用,由静态而导致的静态特质,而由组合却可以很好的实现动态(组合优于继承)
当然,面向对象设计原则 里就有条”用组合代替继承”
3.模式定义
动态(组合)地给一个对象增加一个额外的职责。就增加功能而言。Decorator模式比生成子类(继承)更为灵活(消除重复代码&减少子类个数)
结构图如下
4.总结
- 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扩展对象的功能,而且需要扩展多个功能。避免了使用继承功能带来的“灵活性差”,和多子类衍生功能。
- Decorator类在接口上变现为is-a Component 的继承关系,即Decorator类继承了Component类所有的接口。但在实现上又变现为has-a Component的组合关系,即Decorator类又使用了另外一个Component类
- Decortor模式的目的并非解决“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”-这就是装饰的含义