C++设计模式——组合模式

问题描述

上图，是一个公司的组织结构图，总部下面有多个子公司，同时总部也有各个部门，子公司下面有多个部门。如果对这样的公司开发一个OA系统，作为程序员的你，如何设计这个OA系统呢？先不说如何设计实现，接着往下看，看完了下面的内容，再回过头来想怎么设计这样的OA系统。

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。

UML类图

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。

代码实现

  1 /*
  2 ** FileName     : CompositePatternDemo
  3 ** Author       : Jelly Young
  4 ** Date         : 2013/12/09
  5 ** Description  : More information, please go to http://www.jellythink.com
  6 */
  7 #include <iostream>
  8 #include <string>
  9 #include <vector>
 10 using namespace std;
 11 // 抽象的部件类描述将来所有部件共有的行为
 12 class Component
 13 {
 14 public:
 15      Component(string name) : m_strCompname(name){}
 16      virtual ~Component(){}
 17      virtual void Operation() = 0;
 18      virtual void Add(Component *) = 0;
 19      virtual void Remove(Component *) = 0;
 20      virtual Component *GetChild(int) = 0;
 21      virtual string GetName()
 22      {
 23           return m_strCompname;
 24      }
 25      virtual void Print() = 0;
 26 protected:
 27      string m_strCompname;
 28 };
 29 class Leaf : public Component
 30 {
 31 public:
 32      Leaf(string name) : Component(name)
 33      {}
 34      void Operation()
 35      {
 36           cout<<"I'm "<<m_strCompname<<endl;
 37      }
 38      void Add(Component *pComponent){}
 39      void Remove(Component *pComponent){}
 40      Component *GetChild(int index)
 41      {
 42           return NULL;
 43      }
 44      void Print(){}
 45 };
 46 class Composite : public Component
 47 {
 48 public:
 49      Composite(string name) : Component(name)
 50      {}
 51      ~Composite()
 52      {
 53           vector<Component *>::iterator it = m_vecComp.begin();
 54           while (it != m_vecComp.end())
 55           {
 56                if (*it != NULL)
 57                {
 58                     cout<<"----delete "<<(*it)->GetName()<<"----"<<endl;
 59                     delete *it;
 60                     *it = NULL;
 61                }
 62                m_vecComp.erase(it);
 63                it = m_vecComp.begin();
 64           }
 65      }
 66      void Operation()
 67      {
 68           cout<<"I'm "<<m_strCompname<<endl;
 69      }
 70      void Add(Component *pComponent)
 71      {
 72           m_vecComp.push_back(pComponent);
 73      }
 74      void Remove(Component *pComponent)
 75      {
 76           for (vector<Component *>::iterator it = m_vecComp.begin(); it != m_vecComp.end(); ++it)
 77           {
 78                if ((*it)->GetName() == pComponent->GetName())
 79                {
 80                     if (*it != NULL)
 81                     {
 82                          delete *it;
 83                          *it = NULL;
 84                     }
 85                     m_vecComp.erase(it);
 86                     break;
 87                }
 88           }
 89      }
 90      Component *GetChild(int index)
 91      {
 92           if (index > m_vecComp.size())
 93           {
 94                return NULL;
 95           }
 96           return m_vecComp[index - 1];
 97      }
 98      void Print()
 99      {
100           for (vector<Component *>::iterator it = m_vecComp.begin(); it != m_vecComp.end(); ++it)
101           {
102                cout<<(*it)->GetName()<<endl;
103           }
104      }
105 private:
106      vector<Component *> m_vecComp;
107 };
108 int main(int argc, char *argv[])
109 {
110      Component *pNode = new Composite("Beijing Head Office");
111      Component *pNodeHr = new Leaf("Beijing Human Resources Department");
112      Component *pSubNodeSh = new Composite("Shanghai Branch");
113      Component *pSubNodeCd = new Composite("Chengdu Branch");
114      Component *pSubNodeBt = new Composite("Baotou Branch");
115      pNode->Add(pNodeHr);
116      pNode->Add(pSubNodeSh);
117      pNode->Add(pSubNodeCd);
118      pNode->Add(pSubNodeBt);
119      pNode->Print();
120      Component *pSubNodeShHr = new Leaf("Shanghai Human Resources Department");
121      Component *pSubNodeShCg = new Leaf("Shanghai Purchasing Department");
122      Component *pSubNodeShXs = new Leaf("Shanghai Sales department");
123      Component *pSubNodeShZb = new Leaf("Shanghai Quality supervision Department");
124      pSubNodeSh->Add(pSubNodeShHr);
125      pSubNodeSh->Add(pSubNodeShCg);
126      pSubNodeSh->Add(pSubNodeShXs);
127      pSubNodeSh->Add(pSubNodeShZb);
128      pNode->Print();
129      // 公司不景气，需要关闭上海质量监督部门
130      pSubNodeSh->Remove(pSubNodeShZb);
131      if (pNode != NULL)
132      {
133           delete pNode;
134           pNode = NULL;
135      }
136      return 0;
137 }

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。”

总结

通过上面的简单讲解，我们知道了，组合模式意图是通过整体与局部之间的关系，通过树形结构的形式进行组织复杂对象，屏蔽对象内部的细节，对外展现统一的方式来操作对象，是我们处理更复杂对象的一个手段和方式。现在再结合上面的代码，想想文章开头提出的公司OA系统如何进行设计。