组合(Composite)模式 in C++

组合模式,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。ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ ——Erich Gamma et. al.

伊始

组合(Composite)模式,又叫作部分-整体模式,它是一种将对象组合成树状的层次结构的模式,用来表示“部分-整体”的关系,使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性。

结构模型

组合模式结构示意图

■ Component:抽象的组件对象,为组合中的对象声明接口,让客户端可以通过这个接口来访问和管理整个对象结构,可以在里面为定义的功能提供缺省的实现。
■ Leaf:叶子节点对象,定义和实现叶子对象的行为,不再包含其他的子节点对象。
■ Composite:组合对象,通常会存储子组件,定义包含子组件的那些组件的行为,并实现在组件接口中定义的与子组件有关的操作。
■ Client:客户端,通过组件接口来操作组合结构里面的组件对象。

实现域

  • Component定义
struct Component {
  virtual ~Component(){}

  ABSTRACT(void process());

  virtual void add(Component*) {
    return;
  }

  virtual void remove(Component*) {
    return;
  }
};

注意,上面ABSTRACT是一个C++封装宏,表示定义的方法是纯虚函数,亦即接口,原型如下:

#define ABSTRACT(...) virtual __VA_ARGS__ = 0

由于叶子对象没有addremove方法的,这里在抽象类提供了一份默认实现。

  • 叶子对象Leaf定义
struct Leaf : Component {
  OVERRIDE(void process()) {
    /* do process self */
  }
};

其中,上面OVERRIDE也是一个C++封装宏,表示实现或者覆写父类的接口(或方法),原型如下:

#define OVERRIDE(...) virtual __VA_ARGS__ override
  • 组合对象Composite定义
using Components = std::list;
struct Composite : Component {
  explicit  Composite(const std::string& name) : name_{name} {}

  OVERRIDE(void process()) {
    /* do process self */

    /* process child */
    for (auto& c : components_) {
        c->process();
    }
  }

  OVERRIDE(void add(Component* component)) {
    components_.push_back(component)
  }

  OVERRIDE(void remove(Component* component)) {
    components_.remove(component)
  }

private:
  std::string name_;
  Components components_;
};
  • 用户使用

这里假设用户需要设计一个管理商品类别树的场景,如下

- 商品
  - 服装
    - 男装
    - 女装
  - 书籍
    - 中文书籍
    - 外文书籍

使用组合模式,如下

void process(Component& component) {
  component.process();
}

int main() {
  Composite root("商品");
  Composite dress("服装");
  Composite book("书籍");

  Leaf man_dress("男装");
  Leaf women_dress("女装");
  Leaf book_zh("中文书籍");
  Leaf book_foreign("外文书籍");

  root.add(&dress);
  dress.add(&man_dress);
  dress.add(&women_dress);

  root.add(&book);
  book.add(&book_zh);
  book.add(&book_foreign);
  
  process(root);
}

优缺点

  • 优点

1. 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复杂的组合对象,而组合对象又可以组合成更复杂的组合对象,可以不断地递归组合下去,从而构成一个统一的组合对象的类层次结构。
2. 组合模式使得客户端代码可以一致地处理单个对象和组合对象,无须关心自己处理的是单个对象,还是组合对象,这简化了客户端代码;
3. 更容易在组合体内加入新的对象,客户端不会因为加入了新的对象而更改源代码,满足“开闭原则”;

  • 缺点

1. 不容易限制容器中的构件;
2. 不容易用继承的方法来增加构件的新功能;

End

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