C++设计模式——组合模式

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作者:

@小白创作中心

C++设计模式——组合模式

引用

来源

http://www.coonote.com/cpp-design-pattern/cpp-composite-pattern.html

组合模式是处理复杂对象结构的一种重要设计模式。本文通过一个公司组织结构图的OA系统设计问题，详细介绍了组合模式的概念、实现方法和应用场景。通过阅读本文，你将掌握如何使用组合模式来处理具有“部分-整体”层次结构的复杂对象。

问题描述

上图是一个公司的组织结构图，总部下面有多个子公司，同时总部也有各个部门，子公司下面有多个部门。如果对这样的公司开发一个OA系统，作为程序员的你，如何设计这个OA系统呢？先不说如何设计实现，接着往下看，看完了下面的内容，再回过头来想怎么设计这样的OA系统。

什么是组合模式？

在GOF的《设计模式:可复用面向对象软件的基础》一书中对组合模式是这样说的：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。组合（Composite）模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

组合模式（Composite）将小对象组合成树形结构，使用户操作组合对象如同操作一个单个对象。组合模式定义了“部分-整体”的层次结构，基本对象可以被组合成更大的对象，而且这种操作是可重复的，不断重复下去就可以得到一个非常大的组合对象，但这些组合对象与基本对象拥有相同的接口，因而组合是透明的，用法完全一致。

我们这样来简单的理解组合模式，组合模式就是把一些现有的对象或者元素，经过组合后组成新的对象，新的对象提供内部方法，可以让我们很方便的完成这些元素或者内部对象的访问和操作。我们也可以把组合对象理解成一个容器，容器提供各种访问其内部对象或者元素的API，我们只需要使用这些方法就可以操作它了。

UML类图

Component：
为组合中的对象声明接口；
在适当的情况下，实现所有类共有接口的缺省行为；
声明一个接口用于访问和管理Component的子组件。
Leaf：
在组合中表示叶节点对象，叶节点没有子节点；
在组合中定义叶节点的行为。
Composite：
定义有子部件的那些部件的行为；
存储子部件。
Client：
通过Component接口操作组合部件的对象。

代码实现

/*
** FileName     : CompositePatternDemo
** Description  : More information, please go to https://www.coonote.com
*/
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;

// 抽象的部件类描述将来所有部件共有的行为
class Component
{
public:
    Component(string name) : m_strCompname(name) {}
    virtual ~Component() {}
    virtual void Operation() = 0;
    virtual void Add(Component *) = 0;
    virtual void Remove(Component *) = 0;
    virtual Component *GetChild(int) = 0;
    virtual string GetName()
    {
        return m_strCompname;
    }
    virtual void Print() = 0;
protected:
    string m_strCompname;
};

class Leaf : public Component
{
public:
    Leaf(string name) : Component(name) {}
    void Operation()
    {
        cout << "I'm " << m_strCompname << endl;
    }
    void Add(Component *pComponent) {}
    void Remove(Component *pComponent) {}
    Component *GetChild(int index)
    {
        return NULL;
    }
    void Print() {}
};

class Composite : public Component
{
public:
    Composite(string name) : Component(name) {}
    ~Composite()
    {
        vector<Component *>::iterator it = m_vecComp.begin();
        while (it != m_vecComp.end())
        {
            if (*it != NULL)
            {
                cout << "----delete " << (*it)->GetName() << "----" << endl;
                delete *it;
                *it = NULL;
            }
            m_vecComp.erase(it);
            it = m_vecComp.begin();
        }
    }
    void Operation()
    {
        cout << "I'm " << m_strCompname << endl;
    }
    void Add(Component *pComponent)
    {
        m_vecComp.push_back(pComponent);
    }
    void Remove(Component *pComponent)
    {
        for (vector<Component *>::iterator it = m_vecComp.begin(); it != m_vecComp.end(); ++it)
        {
            if ((*it)->GetName() == pComponent->GetName())
            {
                if (*it != NULL)
                {
                    delete *it;
                    *it = NULL;
                }
                m_vecComp.erase(it);
                break;
            }
        }
    }
    Component *GetChild(int index)
    {
        if (index > m_vecComp.size())
        {
            return NULL;
        }
        return m_vecComp[index - 1];
    }
    void Print()
    {
        for (vector<Component *>::iterator it = m_vecComp.begin(); it != m_vecComp.end(); ++it)
        {
            cout << (*it)->GetName() << endl;
        }
    }
private:
    vector<Component *> m_vecComp;
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    Component *pNode = new Composite("Beijing Head Office");
    Component *pNodeHr = new Leaf("Beijing Human Resources Department");
    Component *pSubNodeSh = new Composite("Shanghai Branch");
    Component *pSubNodeCd = new Composite("Chengdu Branch");
    Component *pSubNodeBt = new Composite("Baotou Branch");
    pNode->Add(pNodeHr);
    pNode->Add(pSubNodeSh);
    pNode->Add(pSubNodeCd);
    pNode->Add(pSubNodeBt);
    pNode->Print();
    Component *pSubNodeShHr = new Leaf("Shanghai Human Resources Department");
    Component *pSubNodeShCg = new Leaf("Shanghai Purchasing Department");
    Component *pSubNodeShXs = new Leaf("Shanghai Sales department");
    Component *pSubNodeShZb = new Leaf("Shanghai Quality supervision Department");
    pSubNodeSh->Add(pSubNodeShHr);
    pSubNodeSh->Add(pSubNodeShCg);
    pSubNodeSh->Add(pSubNodeShXs);
    pSubNodeSh->Add(pSubNodeShZb);
    pNode->Print();
    // 公司不景气，需要关闭上海质量监督部门
    pSubNodeSh->Remove(pSubNodeShZb);
    if (pNode != NULL)
    {
        delete pNode;
        pNode = NULL;
    }
    return 0;
}

实现要点

Composite的关键之一在于一个抽象类，它既可以代表Leaf，又可以代表Composite；所以在实际实现时，应该最大化Component接口，Component类应为Leaf和Composite类尽可能多定义一些公共操作。Component类通常为这些操作提供缺省的实现，而Leaf和Composite子类可以对它们进行重定义；
Component是否应该实现一个Component列表，在上面的代码中，我是在Composite中维护的列表，由于在Leaf中，不可能存在子Composite，所以在Composite中维护了一个Component列表，这样就减少了内存的浪费；
内存的释放；由于存在树形结构，当父节点都被销毁时，所有的子节点也必须被销毁，所以，我是在析构函数中对维护的Component列表进行统一销毁，这样就可以免去客户端频繁销毁子节点的困扰；
由于在Component接口提供了最大化的接口定义，导致一些操作对于Leaf节点来说并不适用，比如：Leaf节点并不能进行Add和Remove操作，由于Composite模式屏蔽了部分与整体的区别，为了防止客户对Leaf进行非法的Add和Remove操作，所以，在实际开发过程中，进行Add和Remove操作时，需要进行对应的判断，判断当前节点是否为Composite。