一種基于泛型的裝飾模式實(shí)現(xiàn)方法

摘 要： 本文闡述了設(shè)計(jì)模式的定義及基本要素，分析了裝飾模式的結(jié)構(gòu)、動(dòng)機(jī)與目的，對(duì)比基于繼承與虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，提出了一種基于泛型的實(shí)現(xiàn)方法及代碼。最后討論了該實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 設(shè)計(jì)模式； 泛型； 靜多態(tài)； 動(dòng)多態(tài)； 裝飾模式； 模板

1 引言

設(shè)計(jì)模式是對(duì)于某一類的軟件設(shè)計(jì)問題的可重用的解決方案。[1]在軟件開發(fā)中，其主要作用為：重用設(shè)計(jì)、共用詞匯、方便交流、易于重構(gòu)。一個(gè)模式有四個(gè)基本要素：1）模式名稱，用于描述模式的問題、解決方案和效果；2）問題 用于解釋設(shè)計(jì)問題和問題存在的前因后果；3）解決方案 描述設(shè)計(jì)的組成部分、相互關(guān)系及其各種的職責(zé)和協(xié)作方式；4）效果 描述模式應(yīng)用的效果和使用模式應(yīng)權(quán)衡的問題。[2]設(shè)計(jì)模式主要分為創(chuàng)建型、結(jié)構(gòu)型、行為型，裝飾模式是結(jié)構(gòu)型模式之一，其意圖是“動(dòng)態(tài)地給一個(gè)對(duì)象添加一些額外的職能”。

在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，封裝變化最主要的技術(shù)是多態(tài)。多態(tài)是同一實(shí)體同時(shí)具有多種形式，即同一操作作用于不同的對(duì)象，產(chǎn)生不同的執(zhí)行結(jié)果。多態(tài)分為動(dòng)多態(tài)、靜多態(tài)。動(dòng)多態(tài)是通過繼承和虛函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，在運(yùn)行期間，虛函數(shù)調(diào)用不同子類型的虛成員函數(shù)以實(shí)現(xiàn)不同的功能。靜多態(tài)是通過泛型中模板實(shí)現(xiàn)的，在編譯期間，接口綁定不同的功能代碼。

當(dāng)前，設(shè)計(jì)模式的實(shí)現(xiàn)技術(shù)是使用動(dòng)多態(tài)，即繼承與虛函數(shù)（接口與實(shí)現(xiàn)）。其主要的問題是，接口必須在公共基類中預(yù)先設(shè)定，動(dòng)多態(tài)的綁定是入侵性的或者插入式的。針對(duì)這一問題，本文以裝飾模式為例，使用靜多態(tài)給出非入侵性或非插入式的實(shí)現(xiàn)。

2 裝飾模式

裝飾模式是對(duì)象的結(jié)構(gòu)型模式，其動(dòng)機(jī)是：給對(duì)象添加額外的功能，同時(shí)避免給類添加額外的功能。為了避免繼承的子類獲得其不需要的功能，可使用裝飾模式。

裝飾模式結(jié)構(gòu)圖如圖1，[3]其參與者分別為：Component定義一個(gè)對(duì)象接口，可以給這些對(duì)象動(dòng)態(tài)地添加職責(zé)；ConcreteComponent定義一個(gè)對(duì)象，可以給這個(gè)對(duì)象添加職責(zé)；Decorater維持一個(gè)指向Component的指針，并定義一個(gè)與Component接口一致的接口。ConcreteDecorator向組件添加職責(zé)。對(duì)象協(xié)作中，Decorator將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給它的Component對(duì)象，并有可能在轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求前后執(zhí)行一些附加的動(dòng)作。

3 泛型與模板

泛型是現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)語言的一種特性。泛型是一種特殊的類型，其將指定類型的工作延遲到客戶端代碼聲明并實(shí)例化類或方法的時(shí)候，泛型將類型參數(shù)化以達(dá)到代碼復(fù)用的目的，從而提高軟件開發(fā)工作效率。

不同的語言支持的泛型的特性不同。.NET泛型是具有占位符（類型參數(shù)）的類、結(jié)構(gòu)、接口和方法，這些占位符是類、結(jié)構(gòu)、接口和方法所存儲(chǔ)或使用的一個(gè)或多個(gè)類型的占位符。泛型集合類可以將類型參數(shù)用作其所存儲(chǔ)的對(duì)象的類型的占位符；類型參數(shù)作為其字段的類型及其方法的參數(shù)類型出現(xiàn)。泛型方法可以將其類型參數(shù)用作其返回值的類型或者其某個(gè)形參的類型。Java 泛型的參數(shù)只代表類，不能代表個(gè)別對(duì)象。由于 Java 泛型的類型參數(shù)之實(shí)際類型在編譯時(shí)會(huì)被消除，所以無法在運(yùn)行時(shí)得知其類型參數(shù)的類型。Java？編譯器在編譯泛型時(shí)會(huì)自動(dòng)加入類型轉(zhuǎn)換的編碼，因此其運(yùn)行速度不會(huì)因?yàn)槭褂梅盒投涌?。[4] 在C++ 中，泛型即模板，其無法對(duì)泛型的類型參數(shù)進(jìn)行約束，在編譯時(shí)，每個(gè)使用的封閉泛型類型都有獨(dú)立的編碼產(chǎn)生，編譯器確保其類型安全性。[5]C++模板有兩種類型，函數(shù)模板與類模板。下面以C++模板為例，給出裝飾模式的實(shí)現(xiàn)方法。

4 泛型實(shí)現(xiàn)裝飾模式

基于泛型的靜多態(tài)為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模式提供了新方法。靜多態(tài)的實(shí)現(xiàn)類型在編譯期中確定，從而可以避免使用指針，其具備更好的類型安全性，更高的效率。下面是其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。

Class ConcreteDecoratorA {

Public：

Void operation（） const；

Void AddedBehaviorA（） const；

}

Class ConcreteDecoratorB{

Public：

Void operation（） const；

Void AddedBehaviorB（） const；

}

Template

Class RefinedComponent {

Private：

T const decorator；

Public：

Void Operation（） ；

}

Template

Void RefinedComponent：：Operation（）

{

decorator.operation（）；

}

在基于泛型的裝飾模式實(shí)現(xiàn)中，由于基類變成泛型，實(shí)現(xiàn)了非入侵性或非插入式的綁定。

同時(shí)，基于靜多態(tài)的實(shí)現(xiàn)代碼數(shù)量也減小。

5優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

基于泛型的裝飾模式具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）無需通過公共基類來表達(dá)接口的共性，更便于實(shí)現(xiàn)內(nèi)建類型的集合；2）不通過指針進(jìn)行間接調(diào)用，生成的代碼效率較高；3）對(duì)于提供部分接口的具體類型也可以調(diào)用；4）靜多態(tài)在編譯期對(duì)所有的綁定操作進(jìn)行檢查，具有更好的類型安全性。其缺點(diǎn)是：1）不能優(yōu)雅地處理異類集合；2）實(shí)現(xiàn)代碼雖小，但可執(zhí)行生成代碼較大；具體實(shí)現(xiàn)中，可根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行選擇。

6 結(jié)束語

綜上所述，裝飾模式可通過繼承與虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)，也可通過泛型和模板實(shí)現(xiàn)。不同封裝變化的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)相同的功能，本文給出了裝飾模式基于泛型的實(shí)現(xiàn)方法及代碼，其他模式也可通過泛型實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] Gamma Erich.設(shè)計(jì)模式可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)[M].北京：北京機(jī)械工業(yè)出版， 2000.

[2] 拉爾曼.UML 和模式應(yīng)用：面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)導(dǎo)論[M].北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社， 2001.

[3] Shalloway Alan.設(shè)計(jì)模式解析[M].北京：中國電力出版社， 2003.

[4] Wu T C.Java 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)[M].第 2 版.北京：清華大學(xué)出版社， 2002.

[5] （美）MatthewH.Austern著，侯捷譯.泛型編程與STL[M]. 中國電力出版社， 2003

作者簡介：陳輝（1973-），男，漢族，湖北武漢人，浙江商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和軟件理論。