C++设计模式-Composite组合模式

Composite组合模式
作用：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。

UML图如下：

在Component中声明所有用来管理子对象的方法，其中包括Add、Remove等，这样实现Component接口的所有子类都具备了Add和Remove。
这样做的好处就是叶节点和枝节点对于外界没有区别，它们具备 完全一致的行为 接口。
但问题也很明显，因为Leaf类本身不具备Add()、Remove()方法的 功能，所以实现它是没有意义的。

何时使用组合模式：
当你发现需求中是体现部分与整体层次的结构时，以及你希望用户可以忽略组合对象与单个对象的不同，统一地使用组合结构中的所有对象时，就应该考虑用组合模式了。

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，这样不断地递归下去，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了。

用户不用关心到底是处理一个叶节点还是处理一个组合组件，也就用不着为定义组合二写一些选择判断语句了。

组合模式让客户可以一致地使用组合结构和单个对象。

抽象基类:
1)Component:为组合中的对象声明接口，声明了类共有接口的缺省行为(如这里的Add,Remove,GetChild函数)，声明一个接口函数可以访问Component的子组件.

接口函数:
1)Component::Operatation:定义了各个组件共有的行为接口，由各个组件的具体实现.
2)Component::Add添加一个子组件
3)Component::Remove::删除一个子组件.
4)Component::GetChild:获得子组件的指针.

说明:
Component模式是为解决组件之间的递归组合提供了解决的办法，它主要分为两个派生类：

1)、Leaf是叶子结点,也就是不含有子组件的结点

2)、Composite是含有子组件的类.

举一个例子来说明这个模式，在UI的设计中,最基本的控件是诸如Button、Edit这样的控件，相当于是这里的Leaf组件，而比较复杂的控件比如Panel则可也看做是由这些基本的组件组合起来的控件，相当于这里的Composite，它们之间有一些行为含义是相同的，比如在控件上作一个点击,移动操作等等的，这些都可以定义为抽象基类中的接口虚函数，由各个派生类去实现之，这些都会有的行为就是这里的Operation函数，而添加、删除等进行组件组合的操作只有非叶子结点才可能有，所以虚拟基类中只是提供接口而且默认的实现是什么都不做。

代码如下：

Composite.h

 #ifndef _COMPOSITE_H_
 #define _COMPOSITE_H_

 #include <vector>

 using namespace std;

 /*
 Component抽象基类，为组合中的对象声明接口,声明了类共有接口的缺省行为(如这里的Add,Remove,GetChild函数),
 声明一个接口函数可以访问Component的子组件.
 */
 class Component
 {
 public:
     //纯虚函数，只提供接口，没有默认的实现
     virtual void Operation()=;    

     // 虚函数,提供接口,有默认的实现就是什么都不做
     virtual void Add(Component*);
     virtual void Remove(Component*);
     virtual Component* GetChild(int index);
     virtual ~Component();
 protected:
     Component();
 };

 //Leaf是叶子结点,也就是不含有子组件的结点类，所以不用实现Add、Remove、GetChild等方法
 class Leaf:public Component
 {
 public:
     //只实现Operation接口
     virtual void Operation();
     Leaf();
     ~Leaf();
 };

 //Composite：含有子组件的类
 class Composite:public Component
 {
 public:
     Composite();
     ~Composite();
     //实现所有接口
     void Operation();
     void Add(Component*);
     void Remove(Component*);
     Component* GetChild(int index);
 private:
     //这里采用vector来保存子组件
     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 <  || index > this->m_ComVec.size())
     {
         return NULL;
     }
     return this->m_ComVec[index];
 }

main.cpp

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

 using namespace std;

 int main()
 {
     /*
       不管是叶子Leaf还是Composite对象pRoot、pCom都实现了Operation接口，所以可以一致对待，直接调用Operation()
       体现了“使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。”
     */
     Composite* pRoot = new Composite();

     //组合对象添加叶子节点
     pRoot->Add(new Leaf());

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

     //这里的叶子再添加叶子是没有意义的。
     //由于叶子与组合对象继承了相同的接口，所以语法上是对的，实际上什么也没做(继承自基类Component的Add方法)。
     //叶子节点只实现了Operation方法，其他Add、Remove、GetChild都继承自基类，没有实际意义。
     pLeaf1->Add(pLeaf2);
     pLeaf1->Remove(pLeaf2);
     //执行叶子Operation操作
     pLeaf1->Operation();

     //组合对象实现了基类Component的所有接口，所以可以做各种操作(Add、Remove、GetChild、Operation)。
     Composite* pCom = new Composite();
     //组合对象添加叶子节点
     pCom->Add(pLeaf1);
     //组合对象添加叶子节点
     pCom->Add(pLeaf2);
     //执行组合对象Operation操作
     pCom->Operation();

     //组合对象添加组合对象
     pRoot->Add(pCom);

     //执行组合对象Operation操作
     pRoot->Operation();

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

     //pCom->Remove(pLeaf1);

     return ;
 }

组合的另一个例子：摘自http://blog.csdn.net/wuzhekai1985/article/details/6667564

DP书上给出的定义：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。组合使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。注意两个字“树形”。这种树形结构在现实生活中随处可见，比如一个集团公司，它有一个母公司，下设很多家子公司。不管是母公司还是子公司，都有各自直属的财务部、人力资源部、销售部等。对于母公司来说，不论是子公司，还是直属的财务部、人力资源部，都是它的部门。整个公司的部门拓扑图就是一个树形结构。

下面给出组合模式的UML图。从图中可以看到，FinanceDepartment、HRDepartment两个类作为叶结点，因此没有定义添加函数。而ConcreteCompany类可以作为中间结点，所以可以有添加函数。那么怎么添加呢？这个类中定义了一个链表，用来放添加的元素。

相应的代码实现为：

 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;
 };
 //具体公司
 class ConcreteCompany : public Company
 {
 public:
     ConcreteCompany(string name): Company(name) {}
     virtual ~ConcreteCompany() {}
     void Add(Company *pCom) { m_listCompany.push_back(pCom); } //位于树的中间，可以增加子树
     void Show(int depth)
     {
         for(int i = ;i < depth; i++)
             cout<<"-";
         cout<<m_name<<endl;
         list<Company *>::iterator iter=m_listCompany.begin();
         for(; iter != m_listCompany.end(); iter++) //显示下层结点
             (*iter)->Show(depth + );
     }
 private:
     list<Company *> m_listCompany;
 };
 //具体的部门，财务部
 class FinanceDepartment : public Company
 {
 public:
     FinanceDepartment(string name):Company(name){}
     virtual ~FinanceDepartment() {}
     virtual void Show(int depth) //只需显示，无限添加函数，因为已是叶结点
     {
         for(int i = ; i < depth; i++)
             cout<<"-";
         cout<<m_name<<endl;
     }
 };
 //具体的部门，人力资源部
 class HRDepartment :public Company
 {
 public:
     HRDepartment(string name):Company(name){}
     virtual ~HRDepartment() {}
     virtual void Show(int depth) //只需显示，无限添加函数，因为已是叶结点
     {
         for(int i = ; i < depth; i++)
             cout<<"-";
         cout<<m_name<<endl;
     }
 };

客户使用方式：

 int main()
 {
     Company *root = new ConcreteCompany("总公司");
     Company *leaf1=new FinanceDepartment("财务部");
     Company *leaf2=new HRDepartment("人力资源部");
     root->Add(leaf1);
     root->Add(leaf2);

     //分公司A
     Company *mid1 = new ConcreteCompany("分公司A");
     Company *leaf3=new FinanceDepartment("财务部");
     Company *leaf4=new HRDepartment("人力资源部");
     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("财务部");
     HRDepartment *leaf6=new HRDepartment("人力资源部");
     mid2->Add(leaf5);
     mid2->Add(leaf6);
     root->Add(mid2);
     root->Show();

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

上面的实现方式有缺点，就是内存的释放不好，需要客户自己动手，非常不方便。有待改进，比较好的做法是让ConcreteCompany类来释放。因为所有的指针都是存在ConcreteCompany类的链表中。C++的麻烦，没有垃圾回收机制。上面的实现方式有缺点，就是内存的释放不好，需要客户自己动手，非常不方便。有待改进，比较好的做法是让ConcreteCompany类来释放。因为所有的指针都是存在ConcreteCompany类的链表中。C++的麻烦，没有垃圾回收机制。