设计模式之组合模式(Composite)摘录

23种GOF设计模式一般分为三大类：创建型模式、结构型模式、行为模式。

创建型模式抽象了实例化过程，它们帮助一个系统独立于如何创建、组合和表示它的那些对象。一个类创建型模式使用继承改变被实例化的类，而一个对象创建型模式将实例化委托给另一个对象。创建型模式有两个不断出现的主旋律。第一，它们都将关于该系统使用哪些具体的类的信息封装起来。第二，它们隐藏了这些类的实例是如何被创建和放在一起的。整个系统关于这些对象所知道的是由抽象类所定义的接口。因此，创建型模式在什么被创建，谁创建它，它是怎样被创建的，以及何时创建这些方面给予了很大的灵活性。它们允许用结构和功能差别很大的“产品”对象配置一个系统。配置可以是静态的(即在编译时指定)，也可以是动态的(在运行时)。

结构型模式涉及到如何组合类和对象以获得更大的结构。结构型类模式采用继承机制来组合接口或实现。结构型对象模式不是对接口和实现进行组合，而是描述了如何对一些对象进行组合，从而实现新功能的一些方法。因为可以在运行时刻改变对象组合关系，所以对象组合方式具有更大的灵活性，而这种机制用静态类组合是不可能实现的。

行为模式涉及到算法和对象间职责的分配。行为模式不仅描述对象或类的模式，还描述它们之间的通信模式。这些模式刻画了在运行时难以跟踪的复杂的控制流。它们将用户的注意力从控制流转移到对象间的联系方式上来。行为类模式使用继承机制在类间分派行为。行为对象模式使用对象复合而不是继承。一些行为对象模式描述了一组对等的对象怎样相互协作以完成其中任一个对象都无法单独完成的任务。

创建型模式包括：1、FactoryMethod(工厂方法模式)；2、Abstract Factory(抽象工厂模式)；3、Singleton(单例模式)；4、Builder(建造者模式、生成器模式)；5、Prototype(原型模式).

结构型模式包括：6、Bridge(桥接模式)；7、Adapter(适配器模式)；8、Decorator(装饰模式)；9、Composite(组合模式)；10、Flyweight(享元模式)；11、Facade(外观模式)；12、Proxy(代理模式).

行为模式包括：13、TemplateMethod(模板方法模式)；14、Strategy(策略模式)；15、State(状态模式)；16、Observer(观察者模式)；17、Memento(备忘录模式)；18、Mediator(中介者模式)；19、Command(命令模式)；20、Visitor(访问者模式)；21、Chain of Responsibility(责任链模式)；22、Iterator(迭代器模式)；23、Interpreter(解释器模式).

Factory Method：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。Factory Method使一个类的实例化延迟到其子类。

Abstract Factory：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定他们具体的类。

Singleton：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

Builder：将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

Prototype：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这个原型来创建新的对象。

Bridge：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。

Adapter：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。Adapter模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。

Decorator：动态地给一个对象添加一些额外的职责。就扩展功能而言， Decorator模式比生成子类方式更为灵活。

Composite：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite使得客户对单个对象和复合对象的使用具有一致性。

Flyweight：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

Facade：为子系统中的一组接口提供一个一致的界面， Facade模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。

Proxy：为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。

Template Method：定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。Template Method使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

Strategy：定义一系列的算法,把它们一个个封装起来, 并且使它们可相互替换。本模式使得算法的变化可独立于使用它的客户。

State：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它所属的类。

Observer：定义对象间的一种一对多的依赖关系,以便当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都得到通知并自动刷新。

Memento：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到保存的状态。

Mediator：用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。

Command：将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可取消的操作。

Visitor：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你可以在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。

Chain of Responsibility：为解除请求的发送者和接收者之间耦合，而使多个对象都有机会处理这个请求。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它。

Iterator：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。

Interpreter：给定一个语言, 定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器, 该解释器使用该表示来解释语言中的句子。

Composite：(1)、意图：将对象组合成树形结构以表示“部分--整体”的层次结构。Composite使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

(2)、适用性：A、你想表示对象的部分--整体层次结构；B、你希望用户忽略组合对象与单个对象的不同，用户将统一地使用组合结构中的所有对象。

(3)、优缺点：A、定义了包含基本对象和组合对象的类层次结构：基本对象可以被组合成更复杂的组合对象，而这个组合对象又可以被组合，这样不断的递归下去。客户代码中，任何用到基本对象的地方都可以使用组合对象。B、简化客户代码：客户可以一致地使用组合结构和单个对象。通常用户不知道(也不关心)处理的是一个叶节点还是一个组合组件。这就简化了客户代码，因为在定义组合的那些类中不需要写一些充斥着选择语句的函数。C、使得更容易增加新类型的组件：新定义的Composite或Leaf子类自动地与已有的结构和客户代码一起工作，客户程序不需要因新的Component类而改变。D、使你的设计变得更加一般化：有时你希望一个组合只能有某些特定的组件。使用Composite时，你不能依赖类型系统施加这些约束，而必须在运行时刻进行检查。

(4)、注意事项：A、显示的父部件引用：保持从子部件到父部件的引用能简化组合结构的遍历和管理。父部件引用可以简化结构的上移和组件的删除，同时父部件引用也支持Chain of Responsibility。B、共享组件：共享组件是很有用的，比如它可以减少对存贮的需求。但是当一个组件只有一个父部件时，很难共享组件。C、最大化Component接口：Composite模式的目的之一是使得用户不知道他们正在使用的具体的Leaf和Composite类。为了达到这一目的，Composite类应为Leaf和Composite类尽可能多定义一些公共操作。Composite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。D、声明管理子部件的操作。E、Component是否应该实现一个Component列表：你可能希望在Component类中将子节点集合定义为一个实例变量，而这个Component类中也声明了一些操作对子节点进行访问和管理。但是在基类中存放子类指针，对叶节点来说会导致空间浪费，因为叶节点根本没有子节点。只有当该结构中子类数目相对较少时，才值得使用这种方法。F、子部件排序：如果需要考虑子节点的顺序时，必须仔细地设计对子节点的访问和管理接口，以便管理子节点序列。Iterator模式可以在这方面给予一些指导。G、使用高速缓冲存贮改善性能：如果你需要对组合进行频繁的遍历或查找，Composite类可以缓冲存储对它的子节点进行遍历或查找相关信息。H、应该由谁删除Component：在没有垃圾回收机制的语言中，当一个Composite被销毁时，通常最好由Composite负责删除其子节点。但有一种情况除外，即Leaf对象不会改变，因此可以被共享。I、存贮组件最好用哪一种数据结构：Composite可使用多种数据结构存贮它们的子节点，包括连接列表、树、数组和hash表。数据结构的选择取决于效率。事实上，使用通用数据结构根本没有必要。有时对每个子节点，Composite都有一个变量与之对应，这就要求Composite的每个子类都要实现自己的管理接口。

(5)、相关模式：A、通常部件----父部件连接用于Responsibilityof Chain模式。B、Decorator模式经常与Composite模式一起使用。当装饰和组合一起使用时，它们通常有一个公共的父类。因此装饰必须支持具有Add、Remove和GetChild操作的Component接口。C、Flyweight让你共享组件，但不再能引用他们的父部件。D、Iterator可用来遍历Composite. E、Visitor将本来应该分布在Composite和Leaf类中的操作和行为局部化。

Composite模式在实现中有一个问题就是要提供对于子节点(Leaf)的管理策略，可以提供的实现方式有：vector、数组、链表、Hash表等。

Composite模式通过和Decorator模式有着类似的结构图，但是Composite模式旨在构造类，而Decorator模式重在不生成子类即可给对象添加职责。Decorator模式重在修饰，而Composite模式重在表示。

示例代码1：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

using namespace std;

class Component
{
public:
string m_strName;
Component(string strName)
{
m_strName = strName;
}

virtual void Add(Component* com) = 0;
virtual void Display(int nDepth) = 0;
};

class Leaf : public Component
{
public:
Leaf(string strName) : Component(strName) {}
virtual void Add(Component* com)
{
cout<<"leaf can't add"<<endl;
}

virtual void Display(int nDepth)
{
string strtemp;

for (int i = 0; i < nDepth; i ++)
strtemp += "-";

strtemp += m_strName;
cout<<strtemp<<endl;
}
};

class Composite : public Component
{
private:
vector<Component*> m_component;
public:
Composite(string strName) : Component(strName) {}

virtual void Add(Component* com)
{
m_component.push_back(com);
}

virtual void Display(int nDepth)
{
string strtemp;

for (int i = 0; i < nDepth; i ++)
strtemp += "-";

strtemp += m_strName;
cout<<strtemp<<endl;

vector<Component*>::iterator p = m_component.begin();

while (p != m_component.end()) {
(*p)->Display(nDepth + 2);
p ++;
}
}
};

//客户端
int main()
{
Composite* p = new Composite("小王");
p->Add(new Leaf("小李"));
p->Add(new Leaf("小赵"));

Composite* p1 = new Composite("小小五");
p1->Add(new Leaf("大三"));

p->Add(p1);
p->Display(1);

/*result
-小王
---小李
---小赵
---小小五
-----大三
*/

return 0;
}

示例代码2：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

using namespace std;

class Company
{
protected:
string m_strName;
public:
Company(string strName)
{
m_strName = strName;
}

virtual void Add(Company* c) = 0;
virtual void Display(int nDepth) = 0;
virtual void LineOfDuty() = 0;
};

class ConcreteCompany : public Company
{
private:
vector<Company*> m_company;
public:
ConcreteCompany(string strName) : Company(strName) {}

virtual void Add(Company* c)
{
m_company.push_back(c);
}

virtual void Display(int nDepth)
{
string strtemp;

for (int i = 0; i < nDepth; i ++)
strtemp += "-";

strtemp += m_strName;
cout<<strtemp<<endl;

vector<Company*>::iterator p = m_company.begin();
while (p != m_company.end()) {
(*p)->Display(nDepth + 1);
p ++;
}
}

virtual void LineOfDuty()
{
vector<Company*>::iterator p = m_company.begin();

while (p != m_company.end()) {
(*p)->LineOfDuty();
p ++;
}
}
};

class HrDepartment : public Company
{
public:
HrDepartment(string strname) : Company(strname) {}

virtual void Display(int nDepth)
{
string strtemp;

for (int i = 0; i < nDepth; i ++)
strtemp += "-";

strtemp += m_strName;
cout<<strtemp<<endl;
}

virtual void Add(Company* c)
{
cout<<"error"<<endl;
}

virtual void LineOfDuty()
{
cout<<m_strName<<":招聘人才"<<endl;
}
};

//客户端
int main()
{
ConcreteCompany* p = new ConcreteCompany("清华大学");
p->Add(new HrDepartment("清华大学人才部"));

ConcreteCompany* p1 = new ConcreteCompany("数学系");;
p1->Add(new HrDepartment("数学系人才部"));

ConcreteCompany* p2 = new ConcreteCompany("物理系");
p2->Add(new HrDepartment("物理系人才部"));

p->Add(p1);
p->Add(p2);

p->Display(1);
p->LineOfDuty();

/*result
-清华大学
--清华大学人才部
--数学系
---数学系人才部
--物理系
---物理系人才部
清华大学人才部：招聘人才
数学系人才部：招聘人才
物理系人才部：招聘人才
*/

return 0;
}

示例代码3：

Component.h:

#ifndef _COMPONENT_H_
#define _COMPONENT_H_

class Component
{
public:
Component();
virtual ~Component();
public:
virtual void Operation() = 0;
virtual void Add(const Component&);
virtual void Remove(const Component&);
virtual Component* GetChild(int);
protected:
private:
};

#endif//~_COMPONENT_H_

Component.cpp:

#include "Component.h"

Component::Component()
{

}

Component::~Component()
{

}

void Component::Add(const Component&)
{

}

Component* Component::GetChild(int index)
{
return 0;
}

void Component::Remove(const Component& com)
{

}

Composite.h:

#ifndef _COMPOSITE_H_
#define _COMPOSITE_H_

#include "Component.h"
#include <vector>

using namespace std;

class Composite : public Component
{
public:
Composite();
~Composite();
public:
void Operation();
void Add(Component* com);
void Remove(Component* com);
Component* GetChild(int index);
protected:
private:
vector<Component*> comVec;
};

#endif//~_COMPOSITE_H_

Composite.cpp:

#include "Composite.h"
#include "Component.h"

#define NULL 0 //define NULL POINTOR

Composite::Composite()
{
//vector<Component*>::iterator itend = comVec.begin();
}

Composite::~Composite()
{

}

void Composite::Operation()
{
vector<Component*>::iterator comIter = comVec.begin();

for (; comIter != comVec.end(); comIter ++)
(*comIter)->Operation();
}

void Composite::Add(Component* com)
{
comVec.push_back(com);
}

void Composite::Remove(Component* com)
{
//comVec.erase(&com);
}

Component* Composite::GetChild(int index)
{
return comVec[index];
}

Leaf.h:

#ifndef _LEAF_H_
#define _LEAF_H_

#include "Component.h"

class Leaf : public Component
{
public:
Leaf();
~Leaf();
void Operation();
protected:
private:
};

#endif //~_LEAF_H_

Leaf.cpp:

#include "Leaf.h"
#include <iostream>

using namespace std;

Leaf::Leaf()
{

}

Leaf::~Leaf()
{

}

void Leaf::Operation()
{
cout<<"Leaf Operation ..."<<endl;
}

main.cpp:

#include "Component.h"
#include "Composite.h"
#include "Leaf.h"
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
Leaf* l = new Leaf();
l->Operation();

Composite* com = new Composite();
com->Add(l);
com->Operation();

Component* ll = com->GetChild(0);
ll->Operation();

/*result
Leaf Operation ...
Leaf Operation ...
Leaf Operation ...
*/

return 0;
}

组合模式结构图：



参考文献：

1、《大话设计模式C++》

2、《设计模式精解----GoF23种设计模式解析》

3、《设计模式----可复用面向对象软件的基础》