Day 39 — 结构型模式图解
本文档使用 Mermaid 图和 ASCII 图展示三种核心结构型模式的工作原理和关系。
一、三种模式全景对比
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 结构型设计模式全景图 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 适配器模式 代理模式 装饰器模式 │
│ ┌────────┐ ┌────────┐ ┌────────┐ │
│ │客户端 │ │客户端 │ │客户端 │ │
│ └───┬────┘ └───┬────┘ └───┬────┘ │
│ │ │ │ │
│ ▼ ▼ ▼ │
│ ┌────────┐ ┌────────┐ ┌────────┐ │
│ │适配器 │ │ 代理 │ │装饰器A │ │
│ └───┬────┘ └───┬────┘ └───┬────┘ │
│ │ 委派 │ 委派 │ 委派 │
│ ▼ ▼ ▼ │
│ ┌────────┐ ┌────────┐ ┌────────┐ │
│ │第三方 │ │真实对象│ │装饰器B │ │
│ └────────┘ └────────┘ └───┬────┘ │
│ ↑ 改接口 ↑ 控访问 │ 委派 │
│ ▼ │
│ ┌────────┐ │
│ │真实对象│ │
│ └────────┘ │
│ ↑ 层层叠加功能 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
二、适配器模式（Adapter）
类图
classDiagram
class Target {
<<interface>>
+request() string
}
class Adapter {
-adaptee: Adaptee
+request() string
}
class Adaptee {
+specificRequest() string
}
class Client {
+process(target: Target)
}
Target <|.. Adapter : implements
Adapter o--> Adaptee : adaptee
Client --> Target : uses
note for Adapter "将 specificRequest()\n包装为 request()"
note for Adaptee "接口不兼容\n但功能可用"
classDiagram
class Target {
<<interface>>
+request() string
}
class Adapter {
-adaptee: Adaptee
+request() string
}
class Adaptee {
+specificRequest() string
}
class Client {
+process(target: Target)
}
Target <|.. Adapter : implements
Adapter o--> Adaptee : adaptee
Client --> Target : uses
note for Adapter "将 specificRequest()\n包装为 request()"
note for Adaptee "接口不兼容\n但功能可用"
数据流
客户端 (期望 XML) 适配器 第三方 API (JSON)
│ │ │
│ 1. get_xml_data() │ │
│───────────────────▶│ │
│ │ 2. fetch_weather() │
│ │─────────────────────────▶│
│ │ 3. 返回 JSON │
│ │◀─────────────────────────│
│ │ 4. 将 JSON 转为 XML │
│ │ (遍历键值对构建 XML) │
│ 5. 返回 XML │ │
│◀───────────────────│ │
▼ ▼ ▼
✅ 收到 XML 适配器完全透明 第三方完全不知
三、代理模式（Proxy）
类图
classDiagram
class Subject {
<<interface>>
+request()
}
class RealSubject {
+request()
}
class Proxy {
-realSubject: RealSubject
+request()
+checkAccess()
+logAccess()
}
Subject <|.. RealSubject : implements
Subject <|.. Proxy : implements
Proxy o--> RealSubject : realSubject
note for Proxy "控制访问\n延迟加载\n记录日志"
classDiagram
class Subject {
<<interface>>
+request()
}
class RealSubject {
+request()
}
class Proxy {
-realSubject: RealSubject
+request()
+checkAccess()
+logAccess()
}
Subject <|.. RealSubject : implements
Subject <|.. Proxy : implements
Proxy o--> RealSubject : realSubject
note for Proxy "控制访问\n延迟加载\n记录日志"
访问流程（虚拟代理 + 保护代理）
客户端 代理 真实对象
│ │ │
│ request() │ │
│─────────────────────▶│ │
│ │ │
│ ┌──┴──┐ │
│ │ 权限检查 │ │
│ └──┬──┘ │
│ │ │
│ ┌────┴────┐ │
│ │ 无权限? │ │
│ │ → ❌ │ │
│ │ 有权限? │ │
│ │ → 继续 │ │
│ └────┬────┘ │
│ │ │
│ ┌────┴─────┐ │
│ │ 日志记录 │ │
│ └────┬─────┘ │
│ │ │
│ ┌────┴─────┐ │
│ │ 延迟创建 │ │
│ │ (如未创建)│ │
│ └────┬─────┘ │
│ │ │
│ │ request() │
│ │─────────────────────────▶│
│ │ │
│ │◀─────────────────────────│
│ │ 处理结果 │
│◀─────────────────────│ │
▼ ▼ ▼
缓存代理流程图
┌─────────────────────┐
│ 客户端请求 │
└──────────┬──────────┘
│
▼
┌─────────────────────┐
│ 缓存代理：查缓存 │
└──────────┬──────────┘
│
┌───────────┴───────────┐
│ │
┌───▼───┐ ┌─────▼─────┐
│命中缓存│ │未命中缓存 │
└───┬───┘ └─────┬─────┘
│ │
▼ ▼
┌──────────┐ ┌────────────────┐
│是否过期? │ │ 查真实服务 │
└──┬───────┘ │ (数据库/API) │
│ └───────┬────────┘
┌───┴───┐ │
│ │ ▼
┌───▼──┐ ┌──▼───┐ ┌──────────────┐
│ 未过期│ │ 已过期 │ │ 写入缓存 │
│ ✅ │ │ 删除 │ │ (带TTL) │
└───┬──┘ └──────┘ └──────┬───────┘
│ │
▼ ▼
┌──────────────────────────────────────┐
│ 返回结果给客户端 │
└──────────────────────────────────────┘
四、装饰器模式（Decorator）
类图
classDiagram
class Component {
<<interface>>
+cost() float
+description() string
}
class Coffee {
+cost() float
+description() string
}
class Decorator {
-component: Component
+cost() float
+description() string
}
class MilkDecorator {
+cost() float
+description() string
}
class SugarDecorator {
+cost() float
+description() string
}
class WhippedCreamDecorator {
+cost() float
+description() string
}
Component <|.. Coffee : implements
Component <|.. Decorator : implements
Decorator o--> Component : component
Decorator <|-- MilkDecorator
Decorator <|-- SugarDecorator
Decorator <|-- WhippedCreamDecorator
note for Coffee "基础咖啡\ncost=22"
note for MilkDecorator "+5元"
note for SugarDecorator "+3元"
classDiagram
class Component {
<<interface>>
+cost() float
+description() string
}
class Coffee {
+cost() float
+description() string
}
class Decorator {
-component: Component
+cost() float
+description() string
}
class MilkDecorator {
+cost() float
+description() string
}
class SugarDecorator {
+cost() float
+description() string
}
class WhippedCreamDecorator {
+cost() float
+description() string
}
Component <|.. Coffee : implements
Component <|.. Decorator : implements
Decorator o--> Component : component
Decorator <|-- MilkDecorator
Decorator <|-- SugarDecorator
Decorator <|-- WhippedCreamDecorator
note for Coffee "基础咖啡\ncost=22"
note for MilkDecorator "+5元"
note for SugarDecorator "+3元"
层层装饰过程
基础咖啡 (22元)
┌──────────────────────────────────────┐
│ 美式咖啡 │
│ cost = 22.0 │
│ description = "美式咖啡" │
└──────────────────────────────────────┘
│
加奶泡 (MilkDecorator)
│
▼
┌──────────────────────────────────────┐
│ MilkDecorator │
│ component = 美式咖啡 │
│ cost = 22.0 + 5.0 = 27.0 │
│ description = "美式咖啡 + 奶泡" │
└──────────────────────────────────────┘
│
加焦糖 (CaramelDecorator)
│
▼
┌──────────────────────────────────────┐
│ CaramelDecorator │
│ component = MilkDecorator │
│ cost = 27.0 + 3.0 = 30.0 │
│ description = "美式咖啡 + 奶泡 + 焦糖"│
└──────────────────────────────────────┘
│
客户端拿到最终对象
▼
总价: 30.0 元
描述: "美式咖啡 + 奶泡 + 焦糖"
调用栈
client.cost() 的调用链：
1. CaramelDecorator.cost()
│
├─ 3.0 + self.component.cost()
│ │
│ └─ MilkDecorator.cost()
│ │
│ ├─ 5.0 + self.component.cost()
│ │ │
│ │ └─ Coffee.cost() = 22.0
│ │
│ └─ 返回 27.0
│
└─ 返回 30.0 ✅
五、三种模式的关系
适配器 vs 代理
适配器：让 A 和 B 能对话
A ──▶ 适配器(改接口) ──▶ B
代理：替 A 控制对 B 的访问
A ──▶ 代理(控访问) ──▶ B
关键区别：适配器改变接口，代理保持接口不变。
适配器解决的是"不兼容"，代理解决的是"控制"。
代理 vs 装饰器
代理：控制对对象的访问
A ──▶ 代理(加控制) ──▶ 对象
装饰器：给对象动态加功能
A ──▶ 装饰器A(加功能) ──▶ 装饰器B(加功能) ──▶ 对象
关键区别：
- 代理通常只包装一层，目的是控制访问
- 装饰器可以多层堆叠，目的是扩展功能
- 代理通常创建真实对象（延迟加载），装饰器不创建对象
三者的代码结构对比
python
# 适配器模式
class Adapter(Target):
def __init__(self, adaptee):
self._adaptee = adaptee # 不兼容的接口
def request(self): # 实现目标接口
return self._adaptee.specific_request()
# 代理模式
class Proxy(Subject):
def __init__(self, real_subject=None):
self._real = real_subject # 可延迟创建
def request(self):
if self.check_access(): # 访问控制
self._real.request()
# 装饰器模式
class Decorator(Component):
def __init__(self, component):
self._component = component # 已兼容的对象
def operation(self):
self._before() # 前处理
result = self._component.operation() # 委派
self._after() # 后处理
return result
记住三句话： - 适配器 ≈ 翻译官（把英语翻译成中文） - 代理 ≈ 前台/秘书（帮你挡掉不必要的干扰） - 装饰器 ≈ 咖啡加料（基础咖啡 + 奶 + 糖 + 奶油∞）