C++ 设计模式之组合模式

简介

1、组合模式（Composite）是一种将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"的层次结构，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。在组合模式中，客户端将一组对象当作一个单一的对象来处理，而无需关心这组对象到底是由一个单独的对象组成，还是由一组对象（即对象的组合）组成。

2、组合模式（Composite）应用场景包括但不限于：

2.1、当你想表示对象的部分-整体层次结构时。

2.2、当你希望用户可以忽略组合对象与单个对象的差异时。

2.3、当你希望使用多态集合以统一方式处理所有对象时。

3、组合模式（Composite）的构成

3.1、Component（抽象构件）：定义参加组合对象的共有方法和接口，实现所有类共有的默认行为，声明一个接口用于访问和管理Component的子对象。

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class FileSystemComponent
{
public:
	virtual void print(const std::string& indent) const = 0;
	virtual ~FileSystemComponent() {};
};

3.2、Leaf（叶节点）：是组合中的对象，它没有子节点，实现了在Component中声明的方法，包括与业务逻辑相关的操作，或者是一个原子操作，在组合中表示叶子节点对象，叶子节点没有子节点。

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class File : public FileSystemComponent
{
public:
	File(const std::string& name);
	void print(const std::string& indent) const;
private:
	std::string name;
};

3.3、Composite（复合节点）：是组合中对象的另一类，它可以包含子节点，其子节点可以是叶子节点，也可以是复合节点，它提供一个集合来存储子节点，实现Component中声明的接口，特别是用于添加、删除、以及获取子节点的操作。

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class Directory : public FileSystemComponent
{
public:
	Directory(const std::string& name);
	void print(const std::string& indent) const;
	void addComponent(const std::shared_ptr<FileSystemComponent>& component);
private:
	std::string name;
	std::vector<std::shared_ptr<FileSystemComponent>> children;
};

4、组合模式（Composite）的优点

4.1、清晰的层次结构：组合模式定义了包含基本对象和复合对象的类层次结构，这使得构建对象的层次结构变得简单易懂。

4.2、易于扩展：新的组件类加入非常方便，无需改变现有代码，符合开闭原则。

4.3、客户端透明性：客户端可以统一对待单个对象和组合对象，简化了客户端代码。

4.4、复用性：可以通过组合小的组件来构造复杂的对象，提高了系统的灵活性和复用性。

5、组合模式（Composite）的缺点

5.1、设计变得更加抽象：如果设计过于通用，可能会导致系统中出现许多小类，使设计过度泛化。

5.2、难以限制组合中的组件：在组合模式中很难对组件的类型进行限制，可能会导致将某些不应该加入的对象加入到组合中。

简单示例

1、定义

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// 组件接口
class FileSystemComponent
{
public:
	virtual void print(const std::string& indent) const = 0;
	virtual ~FileSystemComponent() {};
};

// 叶子组件：文件
class File : public FileSystemComponent
{
public:
	File(const std::string& name);
	void print(const std::string& indent) const;
private:
	std::string name;
};

// 复合组件：文件夹
class Directory : public FileSystemComponent
{
public:
	Directory(const std::string& name);
	void print(const std::string& indent) const;
	void addComponent(const std::shared_ptr<FileSystemComponent>& component);
private:
	std::string name;
	std::vector<std::shared_ptr<FileSystemComponent>> children;
};

2、实现

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File::File(const std::string& name) : name(name)
{

}

void File::print(const std::string& indent) const
{
	std::cout << indent << name << std::endl;
}

Directory::Directory(const std::string& name) : name(name)
{

}

void Directory::print(const std::string& indent) const
{
	std::cout << indent << name << "/" << std::endl;
	for (const auto& child : children)
	{
		child->print(indent + "\t");
	}
}

void Directory::addComponent(const std::shared_ptr<FileSystemComponent>& component)
{
	children.push_back(component);
}

3、调用

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auto root = std::make_shared<Directory>("root");
auto folder1 = std::make_shared<Directory>("folder1");
auto file1 = std::make_shared<File>("file1");
auto file2 = std::make_shared<File>("file2");
root->addComponent(folder1);
folder1->addComponent(file1);
root->addComponent(file2);
root->print("");