设计模式(8) 组合模式(COMPOSITE)

2023-12-18 21:46:16

问题聚焦：

结构型模式的本质是：对象组合。

而本节所展示的模式，就是典型的结构型模式。

那对象组合成什么结构呢？组合模式主要将对象组合成树形结构，表示”部分-整体“的层次结构。

意图：

将对象组合成树形结构，以表示”整体-部分“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。

动机：

以绘图编辑器和图形捕捉系统这样的图形应用程序为例。

设计者可以组合多个简单组件以形成一些较大的组件，这些组件又可以组合形成更大的组件。这种暴力组合方式，也是我们经常使用的。

设计：为Text和Line这样的图元定义一些类，另外定义一些类作为这些图元的容器类。

这种方法存在的问题：使用这些类的代码必须区别对待图元对象与容器对象

组合模式的处理方法：递归组合

用组合模式吹的关键：一个抽象类，既可以代表图元，又可以代表图元的容器。

设计：

抽象类（Graphic，声明一些特定特性对象相关的操作，如Draw，和所有组合对象共享的操作）
子类Line，Rectangle和Text定义了一些图元对象
Picture类定义了一个Graphic对象的聚合，Picture的Draw操作是通过对它的子部件调用Draw实现，Picture还用这种方法实现了一些与其子部件相关的操作。同时，由于Picture接口与Graphic接口是一致的，因此Picture对象可以递归地组合其他Picture对象

一个典型的由递归组合的Graphic对象组成的组合对象结构如下图所示：

适用性：

一下情况使用组合模式：

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

结构：

典型的组合模式对象结构：

参与者：

1 Component（Graphic）：

为组合中的对象声明接口
在适当情况下，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组合中的子组件
在递归结构中定义一个接口，用于访问一个父部件，并在合适的情况下实现它

2 Leaf（Rectangle, Line, Text）

在组合中表示叶节点对象，叶节点没有子节点
在组合中定义图元对象的行为

3 Compsite（Picture）

定义有子部件的那些部件的行为
存储子部件
在组合模式接口中实现与子部件有关的操作

4 Client

通过Component接口操纵组合部件的对象

协作：

用户使用组合模式类接口与组合结构中的对象进行交互

如果接收者是一个叶节点，则直接处理请求；如果接收者是Composite，它通常将请求发送给它的子部件，在转发请求之前后之后可能执行的一些辅助操作

效果：

定义了包含基本对象和组合对象的类层次结构：递归组合
简化客户代码：一致地使用组合结构和单个对象
使得更容易增加新类型的组件：方便新增组合结构或者叶节点
使得你的设计变得更加一般化

实现：

1 显式的父部件引用

保持从子部件到父部件的引用能简化组合结构的遍历和管理。

2 共享组件

共享组件可以减少对内存的需求。

3 最大化Component接口

组合模式的目的之一就是使得用户不知道他们正在使用的具体的Leaf类还是Composite类。

为了达到这一目的，Composite类应为Leaf类和Composite类尽可能多定义一些公共操作。

4 声明管理子部件的操作

管理子部件的操作放置位置的选择：

透明性：将管理子部件的操作放在抽象类Component中，虽然这些操作对Leaf类没有意义。

安全性：在组合对象中放置管理子部件的操作，因为只有组合对象才有子部件。

如何选择取决于如何取舍。

5 组合模式是否应该实现一个Component列表

由于叶节点并没有子节点，所以如果节点数目较少时，可以考虑将子节点结合定义为一个实例变量，然后声明一些操作对子节点进行访问和管理。

6 子部件排序

如果考虑子节点的顺序，必须仔细地设计对子节点的访问和管理接口，以便管理子节点序列。

后面所介绍的迭代器模式（Iterator）会在这方面给予一些知道。

7 使用高速缓冲存储改善性能

如果你需要对组合进行频繁的遍历或查找，Composite类可以缓冲存储对它的子节点进行遍历或查找的相关信息。

8 应该由谁删除Component

在没有垃圾回收机制的语言中，当一个Composite被销毁时，通常最好由Composite负责删除其子节点。如果Leaf对象被共享，则可以不删除（当然，这时候又可能需要引用计数来管理这些共享组件）。

9 存储组件最好用哪一种数据结构

数据结构的选择取决于效率：列表，树，数组和hash表都是可选择的。

代码示例：

计算机，音响或者汽车底盘设备有很明显的部分-整体层次结构或者容器层次结。

这种结构很自然地使用组合模式进行抽象。

类设定：

Equipment声明一些操作返回一个设备的属性

子类为指定的设备实现这些操作，包括磁盘驱动器，集成电路，开关的Leaf类。

Equipment还声明了一个CreateIterator操作，该操作为访问它的零件返回一个Iterator。

class Equipment
{
public:
    virtual ~Equipment();
    
    const char* Name() { return _name };

    virtual Watt Power();
    virtual Currency NetPrice();
    virtual Currency DiscountPrice();
    
    virtual void Add(Equipment*);
    virtual void Remove(Equipment*);
    virtual Iterator<Equipment*>* CreateIterator();
protected:
    Equipment(const char*);
private:
    const char* _name;
};

磁盘驱动器（叶节点Leaf）

class FloppyDisk : public Equipment
{
public
    FloppyDisk(const char*);
    virtual ~FloppyDisk();

    virtual Watt Power();
    virtual Currency NetPrice();
    virtual Currency DiscountPrice();
};

CompositeEquipment为包含其他设备的基类，同时也是Equipment的子类。

class CompositeEquipment : public Equipment
{
public:
    virtual ~CompositeEquipment();
    
    virtual Watt Power();
    virtual Currency NetPrice();
    virtual Currency DiscountPrice();
    
    virtual void Add(Equipment*);
    virtual void Remove(Equipment*);
    virtual Iterator<Equipment*>* CreateIterator();

protected:
    CompositeEquipment(const char*);
private:
    List<Equipment*> _equipment;
};

// CompositeEquipment为访问和管理子设备定义了一些操作
// 操作Add和Remove从存储在_equipment成员变量中的设备列表中插入并删除设备
// 操作CreateIterator返回一个迭代器遍历这个列表。

// NetPrice的缺省实现使用CreateIterator类累加子设备的实际价格。
Currency CompositeEquipment::NetPrice ()
{
    Iterator<Equipment*>* i = CreateIterator();
    Currency total = 0;
    
    for (i->First(); ~i->IsDone(); i->Next())
    {
        total += i->CurrentItem()->NetPrice();
    }
    delete i;
    return total;
}

// 现在我们将计算机的底盘表示为CompositeEquipment的子类Chassis
class Chassis : public CompositeEquipment
{
public:
    Chassis(const char*);
    virtual ~Chassis();
    
    virtual Watt Power();
    virtual Currency NetPrice();
    virtual Currency DiscountPrice();
};

类设定完毕，包括单个零件和一些包含若干零件的组合零件。下面就可以对计算机进行组装。

Cabinet* cabinet = new Cabinet("PC Cabinet");    // 机箱节点
Chassis* chassis = new Chassis("PC Cabinet");     // 主板节点

cabinet->Add(chassis);      // 将主板组装到机箱上去

Bus* bus = new Bus("MAC Bus");     // 总线节点
bus->Add(New Card("16Mbs Token Ring"));    //总线上的某个零部件

chassis->Add(bus);     //主板挂载总线
chassis->Add(new FloppyDisk("3.5in Floppy"));     // 主板挂载硬盘

cout << "The net price is " << chassis->NetPrice() << endl;

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