[设计模式] 8 组合模式 Composite
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。
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。”
参考：
http://www.jellythink.com/archives/149#prettyPhoto
http://blog.csdn.net/wuzhekai1985/article/details/6667564
