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()=0;    

    // 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 < 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 0;
}

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 = 0;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 + 2);
    }
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 = 0; 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 = 0; 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(0);

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

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。