C++設計模式-Composite組合模式

Composite組合模式
作用：將對象組合成樹形結構以表示“部分-整體”的層次結構。Composite使得用戶對單個對象和組合對象的使用具有一致性。

UML圖如下：

在Component中聲明所有用來管理子對象的方法，其中包括Add、Remove等，這樣實現Component接口的所有子類都具備了Add和Remove。
這樣做的好處就是葉節點和枝節點對於外界沒有區別，它們具備 完全一致的行為 接口。
但問題也很明顯，因為Leaf類本身不具備Add()、Remove()方法的 功能，所以實現它是沒有意義的。

何時使用組合模式：
當你發現需求中是體現部分與整體層次的結構時，以及你希望用戶可以忽略組合對象與單個對象的不同，統一地使用組合結構中的所有對象時，就應該考慮用組合模式了。

基本對象可以被組合成更復雜的組合對象，而這個組合對象又可以被組合，這樣不斷地遞歸下去，客戶代碼中，任何用到基本對象的地方都可以使用組合對象了。

用戶不用關心到底是處理一個葉節點還是處理一個組合組件，也就用不着為定義組合二寫一些選擇判斷語句了。

組合模式讓客戶可以一致地使用組合結構和單個對象。

抽象基類:
1)Component:為組合中的對象聲明接口，聲明了類共有接口的缺省行為(如這里的Add,Remove,GetChild函數)，聲明一個接口函數可以訪問Component的子組件.

接口函數:
1)Component::Operatation:定義了各個組件共有的行為接口，由各個組件的具體實現.
2)Component::Add添加一個子組件
3)Component::Remove::刪除一個子組件.
4)Component::GetChild:獲得子組件的指針.

說明:
Component模式是為解決組件之間的遞歸組合提供了解決的辦法，它主要分為兩個派生類：

1)、Leaf是葉子結點,也就是不含有子組件的結點

2)、Composite是含有子組件的類.

舉一個例子來說明這個模式，在UI的設計中,最基本的控件是諸如Button、Edit這樣的控件，相當於是這里的Leaf組件，而比較復雜的控件比如Panel則可也看做是由這些基本的組件組合起來的控件，相當於這里的Composite，它們之間有一些行為含義是相同的，比如在控件上作一個點擊,移動操作等等的，這些都可以定義為抽象基類中的接口虛函數，由各個派生類去實現之，這些都會有的行為就是這里的Operation函數，而添加、刪除等進行組件組合的操作只有非葉子結點才可能有，所以虛擬基類中只是提供接口而且默認的實現是什么都不做。

代碼如下：

Composite.h

#ifndef _COMPOSITE_H_
#define _COMPOSITE_H_

#include <vector>

using namespace std;

/*
Component抽象基類，為組合中的對象聲明接口,聲明了類共有接口的缺省行為(如這里的Add,Remove,GetChild函數),
聲明一個接口函數可以訪問Component的子組件.
*/
class Component
{
public:
    //純虛函數，只提供接口，沒有默認的實現
    virtual void Operation()=0;    

    // 虛函數,提供接口,有默認的實現就是什么都不做
    virtual void Add(Component*);
    virtual void Remove(Component*);
    virtual Component* GetChild(int index);
    virtual ~Component();
protected:
    Component();
};

//Leaf是葉子結點,也就是不含有子組件的結點類，所以不用實現Add、Remove、GetChild等方法
class Leaf:public Component
{
public:
    //只實現Operation接口
    virtual void Operation();            
    Leaf();
    ~Leaf();
};

//Composite：含有子組件的類
class Composite:public Component
{
public:
    Composite();
    ~Composite();
    //實現所有接口
    void Operation();
    void Add(Component*);
    void Remove(Component*);
    Component* GetChild(int index);
private:
    //這里采用vector來保存子組件
    vector<Component*> m_ComVec;        
};
#endif

Compostie.cpp

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

using namespace std;

Component::Component()
{}

Component::~Component()
{}

void Component::Add(Component* com)
{
    cout << "add" << endl;
}

void Component::Remove(Component* com)
{
}

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

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


Leaf::Leaf()
{}

Leaf::~Leaf()
{}

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

Composite::Composite()
{
}

Composite::~Composite()
{}

void Composite::Add(Component* com)
{
    this->m_ComVec.push_back(com);
}

void Composite::Remove(Component* com)
{
    this->m_ComVec.erase(&com);
}

void Composite::Operation()
{
    cout << "Composite::Operation" << endl;
    vector<Component*>::iterator iter = this->m_ComVec.begin();
    for(;iter!= this->m_ComVec.end();iter++)
    {
        (*iter)->Operation();
    }
}

Component* Composite::GetChild(int index)
{
    if(index < 0 || index > this->m_ComVec.size())
    {
        return NULL;
    }
    return this->m_ComVec[index];
}

main.cpp

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

using namespace std;

int main()
{
    /*
      不管是葉子Leaf還是Composite對象pRoot、pCom都實現了Operation接口，所以可以一致對待，直接調用Operation()
      體現了“使得用戶對單個對象和組合對象的使用具有一致性。”
    */
    Composite* pRoot = new Composite();

    //組合對象添加葉子節點
    pRoot->Add(new Leaf());

    Leaf* pLeaf1 = new Leaf();
    Leaf* pLeaf2 = new Leaf();

    //這里的葉子再添加葉子是沒有意義的。
    //由於葉子與組合對象繼承了相同的接口，所以語法上是對的，實際上什么也沒做(繼承自基類Component的Add方法)。
    //葉子節點只實現了Operation方法，其他Add、Remove、GetChild都繼承自基類，沒有實際意義。
    pLeaf1->Add(pLeaf2);
    pLeaf1->Remove(pLeaf2);
    //執行葉子Operation操作
    pLeaf1->Operation();

    //組合對象實現了基類Component的所有接口，所以可以做各種操作(Add、Remove、GetChild、Operation)。
    Composite* pCom = new Composite();
    //組合對象添加葉子節點
    pCom->Add(pLeaf1);
    //組合對象添加葉子節點
    pCom->Add(pLeaf2);
    //執行組合對象Operation操作
    pCom->Operation();

    //組合對象添加組合對象
    pRoot->Add(pCom);

    //執行組合對象Operation操作
    pRoot->Operation();

    //Component* cp = pCom->GetChild(0);
    //cp->Operation();

    //pCom->Remove(pLeaf1);

    return 0;
}

組合的另一個例子：摘自http://blog.csdn.net/wuzhekai1985/article/details/6667564

      DP書上給出的定義：將對象組合成樹形結構以表示“部分-整體”的層次結構。組合使得用戶對單個對象和組合對象的使用具有一致性。注意兩個字“樹形”。這種樹形結構在現實生活中隨處可見，比如一個集團公司，它有一個母公司，下設很多家子公司。不管是母公司還是子公司，都有各自直屬的財務部、人力資源部、銷售部等。對於母公司來說，不論是子公司，還是直屬的財務部、人力資源部，都是它的部門。整個公司的部門拓撲圖就是一個樹形結構。

      下面給出組合模式的UML圖。從圖中可以看到，FinanceDepartment、HRDepartment兩個類作為葉結點，因此沒有定義添加函數。而ConcreteCompany類可以作為中間結點，所以可以有添加函數。那么怎么添加呢？這個類中定義了一個鏈表，用來放添加的元素。

相應的代碼實現為：

class Company  
{
public:
    Company(string name) { m_name = name; }
    virtual ~Company(){}
    virtual void Add(Company *pCom){}
    virtual void Show(int depth) {}
protected:
    string m_name;
};
//具體公司
class ConcreteCompany : public Company  
{
public:
    ConcreteCompany(string name): Company(name) {}
    virtual ~ConcreteCompany() {}
    void Add(Company *pCom) { m_listCompany.push_back(pCom); } //位於樹的中間，可以增加子樹
    void Show(int depth)
    {
        for(int i = 0;i < depth; i++)
            cout<<"-";
        cout<<m_name<<endl;
        list<Company *>::iterator iter=m_listCompany.begin();
        for(; iter != m_listCompany.end(); iter++) //顯示下層結點
            (*iter)->Show(depth + 2);
    }
private:
    list<Company *> m_listCompany;
};
//具體的部門，財務部
class FinanceDepartment : public Company 
{
public:
    FinanceDepartment(string name):Company(name){}
    virtual ~FinanceDepartment() {}
    virtual void Show(int depth) //只需顯示，無限添加函數，因為已是葉結點
    {
        for(int i = 0; i < depth; i++)
            cout<<"-";
        cout<<m_name<<endl;
    }
};
//具體的部門，人力資源部
class HRDepartment :public Company  
{
public:
    HRDepartment(string name):Company(name){}
    virtual ~HRDepartment() {}
    virtual void Show(int depth) //只需顯示，無限添加函數，因為已是葉結點
    {
        for(int i = 0; i < depth; i++)
            cout<<"-";
        cout<<m_name<<endl;
    }
};

客戶使用方式：

int main()
{
    Company *root = new ConcreteCompany("總公司");
    Company *leaf1=new FinanceDepartment("財務部");
    Company *leaf2=new HRDepartment("人力資源部");
    root->Add(leaf1);
    root->Add(leaf2);

    //分公司A
    Company *mid1 = new ConcreteCompany("分公司A");
    Company *leaf3=new FinanceDepartment("財務部");
    Company *leaf4=new HRDepartment("人力資源部");
    mid1->Add(leaf3);
    mid1->Add(leaf4);
    root->Add(mid1);
    //分公司B
    Company *mid2=new ConcreteCompany("分公司B");
    FinanceDepartment *leaf5=new FinanceDepartment("財務部");
    HRDepartment *leaf6=new HRDepartment("人力資源部");
    mid2->Add(leaf5);
    mid2->Add(leaf6);
    root->Add(mid2);
    root->Show(0);

    delete leaf1; delete leaf2;
    delete leaf3; delete leaf4;
    delete leaf5; delete leaf6;    
    delete mid1; delete mid2;
    delete root;
    return 0;
}

上面的實現方式有缺點，就是內存的釋放不好，需要客戶自己動手，非常不方便。有待改進，比較好的做法是讓ConcreteCompany類來釋放。因為所有的指針都是存在ConcreteCompany類的鏈表中。C++的麻煩，沒有垃圾回收機制。上面的實現方式有缺點，就是內存的釋放不好，需要客戶自己動手，非常不方便。有待改進，比較好的做法是讓ConcreteCompany類來釋放。因為所有的指針都是存在ConcreteCompany類的鏈表中。C++的麻煩，沒有垃圾回收機制。