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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：

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。

代码实现

  1 #include <iostream>
  2 #include <string>
  3 #include <vector>
  4 using namespace std;
  5 // 抽象的部件类描述将来所有部件共有的行为
  6 class Component
  7 {
  8 public:
  9      Component(string name) : m_strCompname(name){}
 10      virtual ~Component(){}
 11      virtual void Operation() = 0;
 12      virtual void Add(Component *) = 0;
 13      virtual void Remove(Component *) = 0;
 14      virtual Component *GetChild(int) = 0;
 15      virtual string GetName()
 16      {
 17           return m_strCompname;
 18      }
 19      virtual void Print() = 0;
 20 protected:
 21      string m_strCompname;
 22 };
 23 class Leaf : public Component
 24 {
 25 public:
 26      Leaf(string name) : Component(name)
 27      {}
 28      void Operation()
 29      {
 30           cout<<"I'm "<<m_strCompname<<endl;
 31      }
 32      void Add(Component *pComponent){}
 33      void Remove(Component *pComponent){}
 34      Component *GetChild(int index)
 35      {
 36           return NULL;
 37      }
 38      void Print(){}
 39 };
 40 class Composite : public Component
 41 {
 42 public:
 43      Composite(string name) : Component(name)
 44      {}
 45      ~Composite()
 46      {
 47           vector<Component *>::iterator it = m_vecComp.begin();
 48           while (it != m_vecComp.end())
 49           {
 50                if (*it != NULL)
 51                {
 52                     cout<<"----delete "<<(*it)->GetName()<<"----"<<endl;
 53                     delete *it;
 54                     *it = NULL;
 55                }
 56                m_vecComp.erase(it);
 57                it = m_vecComp.begin();
 58           }
 59      }
 60      void Operation()
 61      {
 62           cout<<"I'm "<<m_strCompname<<endl;
 63      }
 64      void Add(Component *pComponent)
 65      {
 66           m_vecComp.push_back(pComponent);
 67      }
 68      void Remove(Component *pComponent)
 69      {
 70           for (vector<Component *>::iterator it = m_vecComp.begin(); it != m_vecComp.end(); ++it)
 71           {
 72                if ((*it)->GetName() == pComponent->GetName())
 73                {
 74                     if (*it != NULL)
 75                     {
 76                          delete *it;
 77                          *it = NULL;
 78                     }
 79                     m_vecComp.erase(it);
 80                     break;
 81                }
 82           }
 83      }
 84      Component *GetChild(int index)
 85      {
 86           if (index > m_vecComp.size())
 87           {
 88                return NULL;
 89           }
 90           return m_vecComp[index - 1];
 91      }
 92      void Print()
 93      {
 94           for (vector<Component *>::iterator it = m_vecComp.begin(); it != m_vecComp.end(); ++it)
 95           {
 96                cout<<(*it)->GetName()<<endl;
 97           }
 98      }
 99 private:
100      vector<Component *> m_vecComp;
101 };
102 int main(int argc, char *argv[])
103 {
104      Component *pNode = new Composite("Beijing Head Office");
105      Component *pNodeHr = new Leaf("Beijing Human Resources Department");
106      Component *pSubNodeSh = new Composite("Shanghai Branch");
107      Component *pSubNodeCd = new Composite("Chengdu Branch");
108      Component *pSubNodeBt = new Composite("Baotou Branch");
109      pNode->Add(pNodeHr);
110      pNode->Add(pSubNodeSh);
111      pNode->Add(pSubNodeCd);
112      pNode->Add(pSubNodeBt);
113      pNode->Print();
114      Component *pSubNodeShHr = new Leaf("Shanghai Human Resources Department");
115      Component *pSubNodeShCg = new Leaf("Shanghai Purchasing Department");
116      Component *pSubNodeShXs = new Leaf("Shanghai Sales department");
117      Component *pSubNodeShZb = new Leaf("Shanghai Quality supervision Department");
118      pSubNodeSh->Add(pSubNodeShHr);
119      pSubNodeSh->Add(pSubNodeShCg);
120      pSubNodeSh->Add(pSubNodeShXs);
121      pSubNodeSh->Add(pSubNodeShZb);
122      pNode->Print();
123      // 公司不景气，需要关闭上海质量监督部门
124      pSubNodeSh->Remove(pSubNodeShZb);
125      if (pNode != NULL)
126      {
127           delete pNode;
128           pNode = NULL;
129      }
130      return 0;
131 }

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。

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

你想表示对象的部分-整体层次结构；
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。

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原文地址：https://www.cnblogs.com/ring1992/p/9593013.html