[设计模式] 8 组合模式 Composite

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局放在线监测光伏单板监测 2015-04-22 17:00:00

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;
    }
};

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。

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。

Component：

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

Leaf：

在组合中表示叶节点对象，叶节点没有子节点；
在组合中定义叶节点的行为。

Composite：

定义有子部件的那些部件的行为；
存储子部件。

Client：

通过Component接口操作组合部件的对象。

/*
** FileName     : CompositePatternDemo
** Author       : Jelly Young
** Date         : 2013/12/09
** Description  : More information, please go to http://www.jellythink.com
*/
#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() = 0;
     virtual void Add(Component *) = 0;
     virtual void Remove(Component *) = 0;
     virtual Component *GetChild(int) = 0;
     virtual string GetName()
     {
          return m_strCompname;
     }
     virtual void Print() = 0;
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 - 1];
     }
     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 0;
}

实现要点

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；
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；
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；
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。