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  • [学习笔记]设计模式之Composite

    为方便读者，本文已添加至索引：

    写在前面

    在Composite（组合）模式中，用户可以使用多个简单的组件以形成较大的组件，而这些组件还可能进一步组合成更大的。它重要的特性是能够让用户一致地对待单个对象和组合对象。不知大家是否还记得女巫格琳达（见笔记Facade模式），她的小屋经营得很顺利，给小伙伴们的生活带来了极大地便利。今天，她又推出了一项全新的销售项目，那就是“私人订制自主行动型魔法小人偶-I”。乍看之下是个稻草人模样，但其实客人们能够通过自己订制小人偶的不同部件，组装成一个可以按照预先设定的期望目标而自主行动的魔法人偶。他们可以帮忙播种，耕地，烹饪，甚至战斗等等等等。

    女巫格琳达在设计这个小人偶原型时，采用了Composite模式从而简化了客户们的操作，同时也能利用清晰的树形结构来展示订制的全部内容。在我们进入到示例部分讲解小人偶相关代码之前，先来具体了解下Composite模式的基本知识：

    要点梳理

    • 目的分类
      • 对象结构型模式
    • 范围准则
      • 对象（该模式处理对象间的关系，这些关系在运行时刻是可以变化的，更具动态性）
    • 主要功能
      • 将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。这可以使得用户在使用单个对象和组合对象时有一致性。
    • 适用情况
      • 当我们想表示对象的部分-整体层次结构时；
      • 当我们希望用户忽略组合对象与单个对象的不同，让他们能够统一地去使用时
    • 参与部分
      • Component：为组合中的对象声明接口；或者在适当的情况下，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；在递归结构中定义一个接口，用于访问一个父部件，并在合适的情况下实现它，当然这个是可选的。
      • Leaf：在组合中表示叶节点对象，需要说明的是，叶节点没有子节点。
      • Composite：定义有子部件的那些部件的行为，同时存储子部件，实现Component中与子部件有关的接口。
      • Client：通过Component接口，操纵组合部件的对象。
    • 协作过程
      • 用户使用Component类接口与组合结构中的对象进行交互。如果接收者是一个叶节点,则直接处理请求。如果接收者是Composite, 它通常将请求发送给它的子部件，在转发请求之前与/或之后可能执行一些辅助操作。
    • UML图

    示例分析 - 私人订制魔法小人偶-I

    从上文的UML图中，可以看到Composite模式描述了如何使用递归组合，使得用户不必对单个类与组合类进行区别。而实现这一点的关键，在于Component抽象类，它既能代表单个组件，又能代表容器。

    对于我们的魔法小人偶-I型而言，我们同样定义一个Component类为接下来所有的部件定义一个接口。

     1 class Component {
 2 public:
 3     virtual ~Component();
 4     
 5     const char* name() { return _name; }
 6     
 7     virtual int myFunction();    // power on the function of the component.
 8     virtual int myValue();    // count the value of the component.
 9     
10     virtual void add(Component*);
11     virtual void remove(Component*);
12     virtual Iterator<Component*>* createIterator();
13     
14 protected:
15     Component(const char*);
16     
17 private:
18     const char* _name;
19 };

    我们看到Component声明了一些操作来返回一个部件的属性，譬如说它的价格等。子类将为指定的部件实现这些接口。而对于createIterator操作，它能够返回一个访问它零件的Iterator，从而能够在管理零件的时候，进行遍历。

    Component类的子类有很多，我们将不会全部讲述（那会显得很冗余）。我们首先看到的是Leaf型的组件，它们不是容器，比如装在原型里面的驱动装置，穿在外面的衣服，戴在头上的帽子，可以使用的武器、工具等等。比如我们Clothes类：

    1 class Clothes : public Component {
2 public:
3     Clothes(const char*);
4     virtual ~Clothes();
5     
6     virtual int myFunction();
7     virtual int myValue();
8 };

    另一些是Composite型的组件，它们作为容器能够包含其他部件。这种组件的基类CompositeComponent：

     1 class CompositeComponent : public Component {
 2     virtual ~CompositeComponent();
 3     
 4     virtual int myFunction();
 5     virtual int myValue();
 6     
 7     virtual void add(Component*);
 8     virtual void remove(Component*);
 9     virtual Iterator<Component*>* createIterator();
10     
11 protected:
12     CompositeComponent(const char*);
13     
14 private:
15     List<Component*> _component;
16 };

    它为访问和管理子部件定义了一些操作。操作add/remove将从存储在_component成员变量中的部件列表中插入/删除部件。而作为容器的myValue操作，通过使用createIterator，来累加子部件的价格。

    1 int CompositeComponent::myValue() {
2     Iterator<Component*>* iter = createIterator();
3     int total = 0;
4     for (iter->first(); !iter->isDone(); iter->next()) {
5         total += iter->current()->myValue();
6     }
7     delete iter;
8     return total;
9 }

    CompositeComponent类的子类之一ProtoBody，是最基本的人偶外壳容器，格琳达可以通过在里面安置一些驱动器Drive，传感器Sensor等来使得它得以正常运作。

    1 class ProtoBody : public CompositeComponent {
2 public:
3     ProtoBody(const char*);
4     virtual ~ProtoBody();
5     
6     virtual int myFunction();
7     virtual int myValue();
8 };

    好啦，我们还可以定义一些相似的其他容器，譬如战斗人偶的武器袋WeaponBag等等。我们可以简单地来模拟订制一个能够保卫领土的战斗机器人：

     1 ProtoBody* body = new ProtoBody("A strong and tough body");
 2 
 3 WeaponBag* bag = new WeaponBag("Weapon bag");
 4 bag->add(new Weapon("Sharpen Sword"));
 5 bag->add(new Shield("Hard Shield"));
 6 
 7 body->add(bag);
 8 body->add(new Drive("Fight For Honor!"));
 9 body->add(new Clothes("Cool Armor"));
10 
11 cout << "The total price is " << body->myValue() << endl;

    对于我们的设计可以看下面这张图：

    特点总结

    从上面我们可以看到，Composite模式有如下一些特点：

    1. Composite模式定义了包含基本对象和组合对象的类层次结构。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，这样不断的递归下去。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。
    2. 简化客户代码。客户可以一致地使用组合结构和单个对象。通常用户不知道(也不关心)处理的是一个叶节点还是一个组合组件。这就简化了客户代码, 因为在定义组合的那些类中不需要写一些充斥着选择语句的函数。
    3. 使得更容易增加新类型的组件。
    4. 使我们的设计变得更加一般化。

    同时，我们在实现的时候需要注意以下几点：

    1. 显式的父部件引用。这可以简化组合结构的遍历和管理。
    2. 共享组件。一般来说这都很有用，比如它可以减少对存贮的需求。
    3. 最大化Component接口。因为它的目的是使得用户不知道他们正在使用的到底是Leaf还是Composite，因此，Component应尽量多定义一些公共操作。
    4. 注意子部件的排序问题。
    5. 使用高速缓冲存贮改善性能，特别是当我们需要对组合进行频繁的遍历或查找。

    写在最后

    今天的笔记就到这里了，欢迎大家批评指正！如果觉得可以的话，好文推荐一下，我会非常感谢的！
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