JavaScript设计模式之装饰者模式(上)

在传统的面向对象语言中，给对象添加功能常常使用继承的方式，但是继承的方式并不灵活，还会带来许多问题：一方面会导致超类和子类之间存在强耦合性，当超类改变时，子类也会随之改变;另一方面，继承这种功能复用方式通常被称为“白箱复用”，“白箱”是相对可见性而言的，在继承方式中，超类的内部细节是对子类可见的，继承常常被认为破坏了封装性。

使用继承还会带来另外一个问题，在完成一些功能复用的同时，有可能创建出大量的子类，使子类的数量呈爆炸性增长。如何避免这类问题的发生了？首先想到的是这些对象可不可以动态的添加职责呢？答案是肯定的；

像这种给对象动态地增加职责的方式称为装饰者（decorator）模式。装饰者模式能够在不改变对象自身的基础上，在程序运行期间给对象动态地添加职责。跟继承相比，装饰者是一种更轻便灵活的做法，这是一种“即用即付”的方式，比如天冷了就多穿一件外套；

模拟传统面向对象语言的装饰者模式

首先要提出来的是，作为一门解释执行的语言，给 JavaScript中的对象动态添加或者改变职责是一件再简单不过的事情，虽然这种做法改动了对象自身，跟传统定义中的装饰者式并不一样，但这无疑更符合 JavaScript 的语言特色。

var obj = {
    name: 'sven',
    address: '深圳市'
};
obj.address = obj.address + '福田区';

传统面向对象语言中的装饰者模式在 JavaScript中适用的场景并不多，如上面代码所示，通常我们并不太介意改动对象自身。尽管如此，本节我们还是稍微模拟一下传统面向对象语言中的装饰者模式实现。

假设我们在编写一个飞机大战的游戏，随着经验值的增加，我们操作的飞机对象可以升级成更厉害的飞机，一开始这些飞机只能发射普通的子弹，升到第二级时可以发射导弹，升到第三级时可以发射原子弹。

下面来看代码实现，首先是原始的飞机类：

var Plane = function() {} 
Plane.prototype.fire= function() {
   console.log('发射普通的子弹');
}

接下来增加两个装饰类，分别是导弹和原子弹：

var MissileDecorator = function( plane ){
  this.plane = plane;
} 
MissileDecorator.prototype.fire = function(){
  this.plane.fire();
  console.log( '发射导弹' );
} 
var AtomDecorator = function( plane ){
  this.plane = plane;
}
AtomDecorator.prototype.fire = function(){
  this.plane.fire();
  console.log( '发射原子弹' );
}

导弹类和原子弹类的构造函数都接受参数 plane 对象，并且保存好这个参数，在它们的 fire方法中，除了执行自身的操作之外，还调用 plane 对象的 fire 方法。

这种给对象动态增加职责的方式，并没有真正地改动对象自身，而是将对象放入另一个对象之中，这些对象以一条链的方式进行引用，形成一个聚合对象。这些对象都拥有相同的接口（fire方法），当请求达到链中的某个对象时，这个对象会执行自身的操作，随后把请求转发给链中的下一个对象。

因为装饰者对象和它所装饰的对象拥有一致的接口，所以它们对使用该对象的客户来说是透明的，被装饰的对象也并不需要了解它曾经被装饰过，这种透明性使得我们可以递归地嵌套任意多个装饰者对象。

decorator1-1

最后看看测试结果：

var plane = new Plane();
plane = new MissileDecorator( plane );
plane = new AtomDecorator( plane );
plane.fire(); // 分别输出： 发射普通子弹、发射导弹、发射原子弹

装饰者也是包装器

在《设计模式》成书之前，GoF 原想把装饰者（decorator）模式称为包装器（wrapper）模式。

从功能上而言，decorator 能很好地描述这个模式，但从结构上看，wrapper 的说法更加贴切。装饰者模式将一个对象嵌入另一个对象之中，实际上相当于这个对象被另一个对象包装起来，形成一条包装链。请求随着这条链依次传递到所有的对象，每个对象都有处理这条请求的机会。

decorator1-1

JavaScript 的装饰者

JavaScript语言动态改变对象相当容易，我们可以直接改写对象或者对象的某个方法，并不需要使用“类”来实现装饰者模式，如下：

var plane = {
 fire: function(){
   console.log( '发射普通子弹' );
 }
}
var missileDecorator = function(){
 console.log( '发射导弹' );
}
var atomDecorator = function(){
 console.log( '发射原子弹' );
}
var fire1 = plane.fire;
plane.fire = function(){
 fire1();
 missileDecorator();
}
var fire2 = plane.fire;
plane.fire = function(){
 fire2();
 atomDecorator();
}
plane.fire(); // 分别输出： 发射普通子弹、发射导弹、发射原子弹

装饰函数

JavaScript 中，几乎一切都是对象，其中函数又被称为一等对象。在平时的开发工作中，也许大部分时间都在和函数打交道。在 JavaScript 中可以很方便地给某个对象扩展属性和方法，但却很难在不改动某个函数源代码的情况下，给该函数添加一些额外的功能。在代码的运行期间，我们很难切入某个函数的执行环境。

要想为函数添加一些功能，最简单粗暴的方式就是直接改写该函数，但这是最差的办法，直接违反了开放封闭原则：

var a = function(){
 alert (1);
} 
// 改成：
var a = function(){
 alert (1);
 alert (2);
}

很多时候我们不想去碰原函数，也许原函数是由其他同事编写的，里面的实现非常杂乱。甚至在一个古老的项目中，这个函数的源代码被隐藏在一个我们不愿碰触的阴暗角落里。现在需要一个办法，在不改变函数源代码的情况下，能给函数增加功能，这正是开放封闭原则给我们指出的光明道路。

其实在上面的代码中，我们已经找到了一种答案，通过保存原引用的方式就可以改写某个函数：

var a = function(){
 alert (1);
}
var _a = a;
a = function(){
 _a();
 alert (2);
}
a();

这是实际开发中很常见的一种做法，比如我们想给 window 绑定 onload 事件，但是又不确定这个事件是不是已经被其他人绑定过，为了避免覆盖掉之前的 window.onload 函数中的行为，我们一般都会先保存好原先的 window.onload，把它放入新的 window.onload 里执行：

window.onload = function(){
 alert (1);
}
var _onload = window.onload || function(){};
window.onload = function(){
 _onload();
 alert (2);
}

这样的代码当然是符合开放封闭原则的，我们在增加新功能的时候，确实没有修改原来的window.onload 代码，但是这种方式存在以下两个问题。

必须维护_onload 这个中间变量，虽然看起来并不起眼，但如果函数的装饰链较长，或者
需要装饰的函数变多，这些中间变量的数量也会越来越多。
其实还遇到了 this 被劫持的问题，在 window.onload 的例子中没有这个烦恼，是因为调用普通函数_onload 时，this 也指向 window，跟调用 window.onload 时一样（函数作为对象的方法被调用时，this 指向该对象，所以此处 this 也只指向 window）。现在把 window.onload换成document.getElementById，代码如下:

var _getElementById = document.getElementById;
document.getElementById = function( id ){
 alert (1);
 return _getElementById( id ); // (1)
}
var button = document.getElementById( 'button' );

执行这段代码，我们看到在弹出 alert(1)之后，紧接着控制台抛出了异常：

1	// 输出： Uncaught TypeError: Illegal invocation

异常发生在(1) 处的_getElementById( id )这句代码上，此时_getElementById 是一个全局函数，当调用一个全局函数时，this 是指向 window 的，而 document.getElementById 方法的内部实现需要使用 this 引用，this 在这个方法内预期是指向 document，而不是 window, 这是错误发生的原因，所以使用现在的方式给函数增加功能并不保险。

改进后的代码可以满足需求，我们要手动把 document 当作上下文 this 传入_getElementById：

<html>
 <button id="button"></button>
 <script>
  var _getElementById = document.getElementById;
  document.getElementById = function(){
    alert (1);
    return _getElementById.apply( document, arguments );
  }
  var button = document.getElementById( 'button' );
 </script>
</html>

但这样做显然很不方便，下面我们引入AOP，来提供一种完美的方法给函数动态增加功能。

用 AOP 装饰函数

首先给出 Function.prototype.before 方法和 Function.prototype.after 方法：

Function.prototype.before = function( beforefn ){
 var __self = this; // 保存原函数的引用
 return function(){ // 返回包含了原函数和新函数的"代理"函数
    beforefn.apply( this, arguments ); // 执行新函数，且保证 this 不被劫持，新函数接受的参数
    // 也会被原封不动地传入原函数，新函数在原函数之前执行
    return __self.apply( this, arguments ); //执行原函数并返回原函数的执行结果，
        // 并且保证 this 不被劫持
 }
}
Function.prototype.after = function( afterfn ){
    var __self = this;
    return function(){``
        var ret = __self.apply( this, arguments );
        afterfn.apply( this, arguments );
        return ret;
    }
};

Function.prototype.before 接受一个函数当作参数，这个函数即为新添加的函数，它装载了新添加的功能代码。

接下来把当前的 this 保存起来，这个 this 指向原函数，然后返回一个“代理”函数，这个“代理”函数只是结构上像代理而已，并不承担代理的职责（比如控制对象的访问等）。它的工作是把请求分别转发给新添加的函数和原函数，且负责保证它们的执行顺序，让新添加的函数在原函数之前执行（前置装饰），这样就实现了动态装饰的效果。

我们注意到，通过 Function.prototype.apply 来动态传入正确的 this，保证了函数在被装饰之后，this 不会被劫持。

Function.prototype.after 的原理跟 Function.prototype.before 一模一样，唯一不同的地方在于让新添加的函数在原函数执行之后再执行。

下面来试试用 Function.prototype.before 的威力：

<html>
 <button id="button"></button>
 <script>
    Function.prototype.before = function( beforefn ){
        var __self = this;
        return function(){
            beforefn.apply( this, arguments );
            return __self.apply( this, arguments );
        }
    }
    document.getElementById = document.getElementById.before(function(){
        alert (1);
    });
    var button = document.getElementById( 'button' ); 
    console.log( button );
 </script>
</html>

再回到 window.onload 的例子，看看用 Function.prototype.before 来增加新的 window.onload事件是多么简单：

window.onload = function(){
 alert (1);
}
window.onload = ( window.onload || function(){} ).after(function(){
 alert (2);
}).after(function(){
 alert (3);
}).after(function(){
 alert (4);
});

值得提到的是，上面的 AOP 实现是在 Function.prototype 上添加 before 和 after 方法，但许多人不喜欢这种污染原型的方式，那么我们可以做一些变通，把原函数和新函数都作为参数传入before 或者 after 方法：

var before = function( fn, beforefn ){
 return function(){
   beforefn.apply( this, arguments );
   return fn.apply( this, arguments );
 }
}
var a = before(
 function(){alert (3)},
 function(){alert (2)}
);
a = before( a, function(){alert (1);} );
a();

下一节：AOP 的应用实例