C++设计模式——组合模式

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：

1. 为组合中的对象声明接口；
2. 在适当的情况下，实现所有类共有接口的缺省行为；
3. 声明一个接口用于访问和管理Component的子组件。

Leaf：

1. 在组合中表示叶节点对象，叶节点没有子节点；
2. 在组合中定义叶节点的行为。

Composite：

1. 定义有子部件的那些部件的行为；
2. 存储子部件。

Client：

通过Component接口操作组合部件的对象。

代码实现

 #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() = ;
      virtual void Add(Component *) = ;
      virtual void Remove(Component *) = ;
      virtual Component *GetChild(int) = ;
      virtual string GetName()
      {
           return m_strCompname;
      }
      virtual void Print() = ;
 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 - ];
      }
      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 ;
 }

实现要点

1. 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；
2. 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；
3. 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；
4. 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。

组合模式的优点

将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

使用场景

1. 你想表示对象的部分-整体层次结构；
2. 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。

引用大话设计模式的片段：“当发现需求中是体现部分与整体层次结构时，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，就应该考虑组合模式了。”

总结

通过上面的简单讲解，我们知道了，组合模式意图是通过整体与局部之间的关系，通过树形结构的形式进行组织复杂对象，屏蔽对象内部的细节，对外展现统一的方式来操作对象，是我们处理更复杂对象的一个手段和方式。现在再结合上面的代码，想想文章开头提出的公司OA系统如何进行设计。