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实例讲解Ruby使用设计模式中的装饰器模式的方法

装饰器模式通过包装对象动态为Ruby类添加职责,比继承更灵活。典型实现由基类代理真实对象方法,子类如NumberingWriter、TimeStampingWriter叠加功能。也可用模块混入或alias关键字动态扩展实例方法,避免子类膨胀。

做面向对象开发的同学,对“继承”这个机制肯定不陌生。给一个类或对象增加行为,继承是最基本的实现方式。比如,现有的类缺少某些方法,或者想在方法上加一些“魅力”,你可能会直接继承这个类,生成一个新类——这种做法确实够直白,但也仅限于此。

继承可以让你在拥有子类自身方法的同时,还能调用父类的全部方法。但问题在于,继承是静态的。用户没法控制增加行为的方式,更没法决定“什么时候”加。那如果希望为一个已经初始化的对象动态添加行为呢?或者,你想继承多个类的行为,又该怎么办?前者只能在运行时完成,后者理论上也能做到,但可能会导致派生出一堆不同的类——这画面想想就头疼。

问题

说到底,核心问题是:如何组织代码,才能轻松地添加一些基础功能、甚至极少用到的特性,而不是一股脑把额外的代码直接塞进类的内部?

实例讲解Ruby使用设计模式中的装饰器模式的方法

解决方案

  • 动态地给一个对象添加一些额外的职责或行为。就增加功能来说,装饰器模式比生成子类要灵活得多。
  • 它提供了一种改变子类的灵活的方案。不必修改原类文件,也不用死磕继承,就能动态扩展一个对象的功能。思路也很直接:创建一个包装对象,由这个“装饰”来包裹真正的业务对象。
  • 应用于一组子类时,装饰器的优势更为明显。如果你拥有一组从同一父类派生出来的子类,且需要独立于子类使用场景来额外添加特性,装饰器模式可以帮你避免代码重复,也避免了具体子类数量的激增。

适用性

什么时候应该考虑使用装饰器模式?

  • 你想在不影响其他对象的前提下,以动态、透明的方式给单个对象添加职责。
  • 你需要处理那些可以随时撤销的职责。
  • 当不能采用生成子类的方式来扩充时。一种情况是,可能存在大量独立的扩展,如果采用继承,每种组合都需要一个子类,最终导致子类数量呈爆炸性增长。另一种情况是,类定义可能被隐藏,或者根本不允许生成子类。

实例

先来看一段典型的Ruby装饰器实现。假设你有一个SimpleWriter类,负责向文件写入内容。

class SimpleWriter 
 def initialize(path) 
  @file = File.open(path,"w") 
 end 
  
 def write_line(line) 
  @file.print(line) 
  @file.print("n") 
 end 
  
 def pos 
  @file.pos 
 end 
  
 def rewind 
  @file.rewind 
 end 
  
 def close 
  @file.colse 
 end 
end 

接下来定义一个WriterDecorator基类,它持有对真实写对象的引用,并完全袋里其所有方法。

class WriterDecorator 
 def initialize(real_writer) 
  @real_writer = real_writer 
 end 
  
 def write_line(line) 
  @real_writer.write_line(line) 
 end 
  
 def pos 
  @real_writer.pos 
 end 
  
 def rewind 
  @real_writer.rewind 
 end 
  
 def close 
  @real_writer.close 
 end 
end 

下面就是真正的装饰器了。比如NumberingWriter,它在写入内容前悄悄加了行号;CheckSummingWriter则会在写的过程中计算字节数的校验和;TimeStampingWriter则会在每行内容前插入当前时间。

class NumberingWriter < WriterDecorator 
 attr :line_number 
 def initialize(real_writer) 
  super(real_writer) 
  @line_number = 1 
 end 
  
 def write_line(line) 
  @real_writer.write_line("#{@line_number}:#{line}") 
  @line_number += 1 
 end 
end 

class CheckSummingWriter < WriterDecorator 
 attr_reader :check_num 
  
 def initialize(real_writer) 
  super(real_writer) 
  @check_num = 0 
 end 
  
 def write_line(line) 
  line.each_byte{|byte| @check_num += byte % 256} 
  @real_writer.write_line(line) 
 end 
end 

class TimeStampingWriter < WriterDecorator 
 def initialize(real_writer) 
  super(real_writer) 
 end 
  
 def write_line(line) 
  @real_writer.write_line("#{Time.now}: #{line}") 
 end 
end 

来看看如何使用它们组合装饰。把多个装饰器层层嵌套,就能实现功能的叠加。

sw = SimpleWriter.new("mix.txt") 
nw = NumberingWriter.new(sw) 
tsw = TimeStampingWriter.new(nw) 
csw = CheckSummingWriter.new(tsw) 
csw.write_line("hello,world") 
puts csw.check_num 

调用顺序很清晰:最外层装饰器CheckSummingWriter先统计字节数,然后传递给TimeStampingWriter添加时间戳,再交给NumberingWriter加上编号,最后落到SimpleWriter将内容写入文件。这就是装饰器模式的精髓——每层各司其职,灵活组合。

两种Ruby风格的装饰模式应用

在实际的Ruby开发中,装饰器模式有更风格化的实现方式。

(1)使用extend混入模块

不必非得显式定义一个装饰器类。你可以直接把模块混入对象实例,动态扩展方法。

module TimeStampingWriter 
 def write_line(line) 
  super("#{Time.now}:#{line}") 
 end 
end 

module NumberingWriter 
 attr_reader :line_number 
 def write_line(line) 
  @line_number = 1 unless @line_number 
  super("#{@line_number}:#{line}") 
  @line_number += 1 
 end 
end 

调用时,后混入的模块优先级高。所以如果想在内容上先加时间戳再加编号,可以这样写:

sw = SimpleWriter.new("out3.txt") 
sw.extend(NumberingWriter) 
sw.extend(TimeStampingWriter) 
sw.write_line("hello,ruby") 

(2)使用alias关键字

另一种动态修改对象实例方法的方式是利用alias关键字。这种方法的好处在于,它只影响当前对象,对其他实例没有干扰。

sw1 = SimpleWriter.new("out1.txt") 
class << sw1 
 alias old_write_line write_line 
 def write_line(line) 
  old_write_line("#{Time.now}:#{line}") 
 end 
end 
sw1.write_line("hello,world") 
sw2 = SimpleWriter.new("out2.txt") 
sw2.write_line("hello,world") 

你看,sw1写入时会自动带上时间戳,而sw2的内容完全不受影响。这种粒度控制,正是装饰器模式在Ruby中灵活性的体现。

装饰器模式的核心思路很简单:用包装对象包裹真实对象,由这个包装对象来提供额外的功能。就好比你玩游戏时穿装备——盔甲提供防御,戒指增加魔力。每件装备只做一件事,但你可以任意组合,自由搭配。这才是真正面向对象的“弹性”。

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