C++【组合模式】

简单介绍

组合模式是一种结构型 设计模式， 只有在可以将对象拆分为【树状结构】的情况下使用。并且像使用独立对象一样使用它们。

常用于表示与图形打交道的用户界面组件或代码的层次结构。

基础理解

Q：为什么要用组合模式 ？

A：在一个树状的结构中，叶子节点与父节点的距离会很远，使用循环语句一个一个遍历会大大增加复杂度。所以需要使用一个通用接口将叶子节点与父节点实现交互。

Q：如何设计组合模式 ？

A：对于一个字节点，直接返回你需要的东西，对于父节点，则会遍历其所有的子节点，最后 " 汇总 " 结果给其父节点

---

优点：无需了解构成树状结构的对象的具体类，无论复杂简单。直接调用接口进行处理，对象会沿着树结构递归下去

识别方法： 组合模式会将同一抽象或接口类型的实例放入树状结构。

UML

实现方式

1. 首先确保你自己 的模型能被拆分为树状结构。并且尝试分解为简单元素和容器（必须能够同时包含简单元素和其他容器）
2. 声明组件接口及其一系列方法， 这些方法对简单和复杂元素都有意义。
3. 创建一个叶节点类表示简单元素。 程序中可以有多个不同的叶节点类。
4. 创建一个容器类表示复杂元素,创建一个数组成员变量来存储对于其子元素的引用。需要能同时保存叶节点和容器（父类）
5. 在容器中定义添加和删除子元素的方法。

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <list>
#include <string>

/**
 * 基础组件类声明了复合对象和简单对象的共同操作。
 */
class Component
{
    /**
     * @var Component
     */
protected:
    Component *parent_;
    /**
     * 可选地，基础组件可以声明一个接口，用于设置和访问组件在树结构中的父级。它还可以为这些方法提供一些默认实现。
     */
public:
    virtual ~Component() {}
    void SetParent(Component *parent)
    {
        this->parent_ = parent;
    }
    Component *GetParent() const
    {
        return this->parent_;
    }
    /**
     * 在某些情况下，在基础组件类中定义管理子组件的操作会很有益。这样，即使在对象树组装期间，您也不需要向客户端代码公开任何具体的组件类。缺点是对于叶级组件，这些方法将为空。
     */
    virtual void Add(Component *component) {}
    virtual void Remove(Component *component) {}
    /**
     * 您可以提供一个方法，让客户端代码确定组件是否可以拥有子组件。
     */
    virtual bool IsComposite() const
    {
        return false;
    }
    /**
     * 基础组件可以实现一些默认行为，或者将其委托给具体类（通过将包含行为的方法声明为"abstract"）。
     */
    virtual std::string Operation() const = 0;
};

/**
 * 叶级类表示组合的末端对象。叶级对象不能有任何子节点。
 *
 * 通常情况下，真正的工作是由叶级对象完成的，而复合对象只是将任务委派给它们的子组件。
 */
class Leaf : public Component
{
public:
    std::string Operation() const override
    {
        return "Leaf";
    }
};

/**
 * Composite 类代表可能具有子组件的复杂组件。
 * 通常，Composite 对象将实际工作委托给它们的子组件，
 * 然后"汇总"结果。
 */
class Composite : public Component
{
protected:
    std::list<Component *> children_;

public:
    /**
     * Composite 对象可以向其子组件列表中添加或删除其他组件（简单或复杂）。
     */
    void Add(Component *component) override
    {
        this->children_.push_back(component);
        component->SetParent(this);
    }

    /**
     * 注意，此方法只是从列表中移除指针，但不释放内存，
     * 您应该手动释放内存，或者最好使用智能指针。      
     * 我使用手动，简单理解
     */
    void Remove(Component *component) override
    {
        children_.remove(component);
        component->SetParent(nullptr);
        delete component;
    }

    bool IsComposite() const override
    {
        return true;
    }

    /**
     * Composite 在特定方式下执行其主要逻辑。
     * 它递归遍历所有子组件，收集和汇总它们的结果。
     * 由于 Composite 的子组件会将这些调用传递给它们的子组件，以此类推，
     * 整个对象树将被遍历并返回结果。
     */
    std::string Operation() const override
    {
        std::string result;
        for (const Component *c : children_)
        {
            if (c == children_.back())
            {
                result += c->Operation();
            }
            else
            {
                result += c->Operation() + "+";
            }
        }
        return "Branch(" + result + ")";
    }
};

/**
 * 客户端代码通过基础接口与所有组件一起工作。
 */
void ClientCode(Component *component)
{
    // ...
    std::cout << "RESULT: " << component->Operation(); //同一接口
    // ...
}

/**
 * 由于子组件管理操作在基类 Component 中声明，
 * 客户端代码可以处理任何组件，无论是简单还是复杂，而不依赖于具体的类。
 */
void ClientCode2(Component *component1, Component *component2)
{
    // ...
    if (component1->IsComposite())
    {
        component1->Add(component2);
    }
    std::cout << "RESULT: " << component1->Operation();
    // ...
}

/**
 * 这样，客户端代码可以支持简单的叶子组件...
 */

int main()
{
    Leaf *leaf = new Leaf;
    std::cout << "Client: 我有一个简单的组件：\n";
    ClientCode(leaf);
    std::cout << "\n\n";

    /**
     * ...以及复杂的 Composite 组件。
     */
    Composite *tree = new Composite;
    Composite *branch1 = new Composite;
    Composite *branch2 = new Composite;
    Leaf *leaf1 = new Leaf;
    Leaf *leaf2 = new Leaf;
    Leaf *leaf3 = new Leaf;
    Leaf *leaf4 = new Leaf;

    branch1->Add(leaf1);
    branch1->Add(leaf2);
    branch2->Add(leaf3);
    branch2->Add(leaf4);
    tree->Add(branch1);
    tree->Add(branch2);
    std::cout << "Client: 现在我有一个复合树结构：\n";
    ClientCode(tree);
    std::cout << "\n\n";

    std::cout << "Client: 即使在管理树结构时，我不需要检查组件的具体类：\n";
    ClientCode2(tree, leaf);
    std::cout << "\n";

    delete leaf;
    delete tree;
    delete branch1;
    delete branch2;
    delete leaf1;
    delete leaf2;
    delete leaf3;
    delete leaf4;
    system("pause");
    return 0;
}

应用场景

1. 实现树状对象结构， 可以使用组合模式。

大致可以理解为，两种共享公共接口的基本元素： 简单叶节点和复杂容器（包含其他容器）

2. 客户端代码以相同方式处理简单和复杂元素

同一接口就是相同方式，但可以使用组合模式同时处理简单和复杂元素。

与其他模式的关系

1. 桥接模式、 状态模式和策略模式 （在某种程度上包括适配器模式:将转换接口的工作给适配器） 模式的接口非常相似。 实际上， 它们都基于组合模式------即将工作委派给其他对象， 不过也各自解决了不同的问题。

   (模式并不只是以特定方式组织代码的配方， 你还可以使用它们来和其他开发者讨论模式所解决的问题。)

2. 你可以在创建复杂组合树时使用生成器模式， 因为这可使其构造步骤以递归的方式(特定的方式)运行。

3. 责任链模式通常和组合模式结合使用。 在这种情况下， 叶组件接收到请求后， 可以将请求沿包含全体父组件的链一直传递至对象树的底部。

4. 你可以使用 迭代器模式 来遍历组合树。

   (对不同结构使用不同的迭代方式，有点类似策略模式：使用对应的算法解决问题)

5. 你可以使用访问者模式对整个组合树执行操作。

6. 你可以使用享元模式实现组合树的共享叶节点以节省内存。

7. 组合和装饰模式的结构图很相似， 因为两者都依赖递归组合来组织无限数量的对象。

   • 装饰类似于组合，对一个产品套上一层层装饰，最终的结构十分相似。 但其只有一个子组件。 此外还有一个明显不同： 装饰为被封装对象添加了额外的职责， 组合仅对其子节点的结果进行了 "求和"。
   • 模式也可以相互合作： 你可以使用装饰来扩展组合树中特定对象的行为。
   • 大量使用组合和装饰的设计通常可从对于原型模式的使用中获益。 你可以通过该模式来复制复杂结构， 而非从零开始重新构造。