我所理解的設計模式（C++實現）——組合模式（Composite Pattern）

LCL_data發表於2013-04-16
設計模式C++

解決的問題：

我們PC用到的檔案系統，其實就是我們資料結構裡的樹形結構，我們處理樹中的每個節點時，其實不用考慮他是葉子節點還是根節點，因為他們的成員函式都是一樣的，這個就是組合模式的精髓。他模糊了簡單元素和複雜元素的概念，客戶程式可以向處理簡單元素一樣來處理複雜元素,從而使得客戶程式與複雜元素的內部結構解耦。

將物件組合成樹形結構以表示“部分-整體”的層次結構。組合模式使得使用者對單個物件和組合物件的使用具有一致性。

註明：樹形結構裡的葉子節點也有左右孩子，只不過他的孩子都是空。


概述


組合模式的實現根據所實現介面的區別分為兩種形式，分別稱為安全模式和透明模式。組合模式可以不提供父物件的管理方法，但組合模式必須在合適的地方提供子物件的管理方法（諸如：add、remove、getChild等）。


透明方式

作為第一種選擇，在Component裡面宣告所有的用來管理子類物件的方法，包括add（）、remove（），以及getChild（）方法。這樣做的好處是所有的構件類都有相同的介面。在客戶端看來，樹葉類物件與合成類物件的區別起碼在介面層次上消失了，客戶端可以同等同的對待所有的物件。這就是透明形式的組合模式。

這個選擇的缺點是不夠安全，因為樹葉類物件和合成類物件在本質上是有區別的。樹葉類物件不可能有下一個層次的物件，因此add（）、remove（）以及getChild（）方法沒有意義，是在編譯時期不會出錯，而只會在執行時期才會出錯或者說識別出來。


安全方式

第二種選擇是在Composite類裡面宣告所有的用來管理子類物件的方法。這樣的做法是安全的做法，因為樹葉型別的物件根本就沒有管理子類物件的方法，因此，如果客戶端對樹葉類物件使用這些方法時，程式會在編譯時期出錯。

這個選擇的缺點是不夠透明，因為樹葉類和合成類將具有不同的介面。

這兩個形式各有優缺點，需要根據軟體的具體情況做出取捨決定。


類圖結構及樣例實現：

這裡給出安全方式的組合模式的類圖結構和樣例實現，透明方式就是在葉子節點的add()/remove()/GetChild()均有實現，不過是無意義的實現。大部分應用都是基於透明模式的，因為這樣程式碼可以重用。

安全方式的組合模式：


這種形式涉及到三個角色：

抽象構件(Component)角色：這是一個抽象角色，它給參加組合的物件定義出公共的介面及其預設行為，可以用來管理所有的子物件。在安全式的合成模式裡，構件角色並不是定義出管理子物件的方法，這一定義由樹枝構件物件給出。

樹葉構件（Leaf）角色：樹葉物件是沒有下級子物件的物件，定義出參加組合的原始物件的行為。

樹枝構件（Composite）角色：代表參加組合的有下級子物件的物件。樹枝物件給出所有的管理子物件的方法，如add（）、remove（）、getChild（）等。

樣例實現：

//Menu.h
#include <string>

class Menu  
{
public:
    virtual ~Menu();

    virtual void Add(Menu*);
    virtual void Remove(Menu*);
    virtual Menu* GetChild(int);
    virtual void Display() = 0;
protected:
    Menu();
    Menu(std::string);
    std::string m_strName;
};

//Menu.cpp
#include "stdafx.h"
#include "Menu.h"

Menu::Menu()
{

}

Menu::Menu(std::string strName) : m_strName(strName)
{

}

Menu::~Menu()
{

}

void Menu::Add(Menu* pMenu)
{}

void Menu::Remove(Menu* pMenu)
{}

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

//SubMenu.h
#include "Menu.h"

class SubMenu : public Menu  
{
public:
    SubMenu();
    SubMenu(std::string);
    virtual ~SubMenu();

    void Display();
};

//SubMenu.cpp
#include "stdafx.h"
#include "SubMenu.h"
#include <iostream>

using namespace std;

SubMenu::SubMenu()
{

}

SubMenu::SubMenu(string strName) : Menu(strName)
{

}

SubMenu::~SubMenu()
{

}

void SubMenu::Display()
{
    cout << m_strName << endl;
}

//CompositMenu.h
#include "Menu.h"
#include <vector>

class CompositMenu : public Menu
{
public:
    CompositMenu();
    CompositMenu(std::string);
    virtual ~CompositMenu();

    void Add(Menu*);
    void Remove(Menu*);
    Menu* GetChild(int);
    void Display();
private:
    std::vector<Menu*> m_vMenu;
};

//CompositMenu.cpp
#include "stdafx.h"
#include "CompositMenu.h"
#include <iostream>

using namespace std;

CompositMenu::CompositMenu()
{
    
}

CompositMenu::CompositMenu(string strName) : Menu(strName)
{

}

CompositMenu::~CompositMenu()
{

}

void CompositMenu::Add(Menu* pMenu)
{
    m_vMenu.push_back(pMenu);
}

void CompositMenu::Remove(Menu* pMenu)
{
    m_vMenu.erase(&pMenu);
}

Menu* CompositMenu::GetChild(int index)
{
    return m_vMenu[index];
}

void CompositMenu::Display()
{
    cout << "+" << m_strName << endl;
    vector<Menu*>::iterator it = m_vMenu.begin();
    for (; it != m_vMenu.end(); ++it)
    {
        cout << "|-";
        (*it)->Display();
    }
}

#include "stdafx.h"
#include "Menu.h"
#include "SubMenu.h"
#include "CompositMenu.h"

int main(int argc, char* argv[])
{
    Menu* pMenu = new CompositMenu("國內新聞");
    pMenu->Add(new SubMenu("時事新聞"));
    pMenu->Add(new SubMenu("社會新聞"));
    pMenu->Display();
    pMenu = new CompositMenu("國際新聞");
    pMenu->Add(new SubMenu("國際要聞"));
    pMenu->Add(new SubMenu("環球視野"));
    pMenu->Display();

    return 0;
}

實現要點：

1．組合模式採用樹形結構來實現普遍存在的物件容器，從而將“一對多”的關係轉化“一對一”的關係，使得客戶程式碼可以一致地處理物件和物件容器，無需關心處理的是單個的物件，還是組合的物件容器。

2．將“客戶程式碼與複雜的物件容器結構”解耦是組合模式的核心思想，解耦之後，客戶程式碼將與純粹的抽象介面——而非物件容器的復內部實現結構——發生依賴關係，從而更能“應對變化”。

3．組合模式中，是將“Add和Remove等和物件容器相關的方法”定義在“表示抽象物件的Component類”中，還是將其定義在“表示物件容器的Composite類”中，是一個關乎“透明性”和“安全性”的兩難問題，需要仔細權衡。這裡有可能違背物件導向的“單一職責原則”，但是對於這種特殊結構，這又是必須付出的代價。

4．組合模式在具體實現中，可以讓父物件中的子物件反向追溯；如果父物件有頻繁的遍歷需求，可使用快取技巧來改善效率。

5． 客戶端儘量不要直接呼叫樹葉類的方法，而是藉助其父類（Component）的多型性完成呼叫，這樣可以增加程式碼的複用性。

使用場景：

以下情況下適用組合模式：

1．你想表示物件的部分-整體層次結構。

2．你希望使用者忽略組合物件與單個物件的不同，使用者將統一地使用組合結構中的所有物件。



參考資料：



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