C++ 设计模式 – 组合模式

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一.组合模式简述

组合模式（Composite Pattern）组合多个对象形成树形结构以表示具有“整体-部分”关系的层次结构。组合模式对单个对象（即：叶子构件）和组合对象（即：容器构件）的使用具有一致性，组合模式又被称为“整体-部分”（Part-Whole）模式，属于对象结构型模式。

二.组合模式模式结构

UML 结构图（透明组合模式）：

Component（抽象构件）：为叶子构件和容器构件对象定义接口，可以包含所有子类共有行为的声明和实现。在抽象构件中，声明了访问及管理子构件的接口（例如：Add()、Remove()、GetChild() 等）。
Leaf（叶子构件）：叶子节点没有子节点。它实现了 Component 中定义的行为，对于访问及管理子构件的接口，可以通过异常等方式进行处理。
Composite（容器构件）：容器节点包含子节点（可以是叶子构件，也可以是容器构件）。它提供了一个集合用于存储子节点，实现了 Component 中定义的行为，包括访问及管理子构件的接口，在其业务方法中可以递归调用其子节点的业务方法。

三.组合模式透明组合模式和安全组合模式

根据 Component 的定义形式，可将组合模式分为两种形式：

透明组合模式
安全组合模式

透明组合模式包含以下特点：

在 Component 中定义了用于访问和管理子构建的接口，这样做的好处是确保所有的构件类都有相同的接口。
在 Client 看来，Leaf 与 Composite 所提供的接口一致，Client 可以相同地对待所有的对象。

安全组合模式包含以下特点：

在 Component 中不定义任何用于访问和管理子构建的接口，而在 Composite 中声明并实现。
这种做法是安全的，因为不需要向 Leaf 提供这些管理成员对象的接口，对于 Leaf 来说，Client 不可能调用到这些接口。

透明组合模式的缺点是不够安全，因为 Leaf 和 Composite 在本质上是有区别的。Leaf 不可能有下一个层级，因此为其提供 Add()、Remove()、GetChild() 等接口没有意义。这在编译阶段不会出错，但在运行阶段如果调用这些接口可能会出错（如果没有提供相应的异常处理）。

安全组合模式的缺点是不够透明，因为 Leaf 和 Composite 具有不同的接口，且 Composite 中那些用于访问和管理子构建的接口没有在 Component 中定义，因此 Client 不能完全针对抽象编程，必须有区别地对待 Leaf 和 Composite。

PS： 透明组合模式是组合模式的标准形式，但在实际应用中，安全组合模式的使用频率也非常高。

四.组合模式优缺点

优点：

组合模式可以清楚地定义分层次的复杂对象，表示对象的全部或部分层次，它让 Client 忽略了层次的差异，方便对整个层次结构进行控制。
Client 可以一致地使用一个组合结构或其中单个对象，不必关心处理的是单个对象还是整个组合结构，简化了 Client 的代码。
在组合模式中，增加新的叶子构件和容器构件很方便，无须对现有类进行任何修改，符合“开闭原则”。
为树形结构提供了一种灵活的解决方案，通过递归组合容器对象和叶子对象，可以形成复杂的树形结构，但对树形结构的控制却非常简单。

缺点：

使设计变得更加抽象，对象的业务规则如果很复杂，则实现组合模式具有很大挑战性，而且不是所有的方法都与叶子对象子类都有关联。

五.组合模式适用场景

表示对象的“整体-部分”层次结构（树形结构）
希望用户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。

六.组合模式案例分析

只要有人的地方就有恩怨，有恩怨就会有江湖，人就是江湖！
– 金庸《笑傲江湖》

江湖公司由任我行一手创建，理所当然，他就是董事长。下设总经理一职，原本让令狐冲担任，却被婉拒，所以只能由自己兼任。再往下就是各事业部：日月神教、五岳剑派、以及其他门派等。

日月神教的头儿叫做教主（东方不败），底下有光明左右使、十大长老、堂主、舵主、香主等。

五岳剑派的头儿叫做盟主（左冷蝉），各派分别为：嵩山（左冷蝉）、泰山（天门道长）、衡山（莫大）、华山（岳不群）、恒山（定闲师太），各头目被称为掌门。

另外，还有一些很 NB 的部门，不仅历史悠久，而且威望超高，是武林中的泰山北斗：少林（方证大师）、武当（冲虚道长）。。。

七.组合模式代码实现

A.透明组合模式

创建抽象构件

Component 需要定义访问及管理子构件的接口：

/************************************************************************/
//@Author:猿说编程
//@Blog(个人博客地址): https://www.codersrc.com/archives/21622.html
//@File：C++ 设计模式 – 组合模式
//@Time:2023/02/04 08:00
//@Motto:不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海，程序人生的精彩需要坚持不懈地积累！
/************************************************************************/


// component.h
#ifndef COMPONENT_H
#define COMPONENT_H

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Component
{
public:
    Component(string name) : m_strName(name) {}
    virtual ~Component() {}
    virtual void Add(Component *cmpt) = 0;  // 添加构件
    virtual void Remove(Component *cmpt) = 0;  // 删除构件
    virtual Component* GetChild(int index) = 0;  // 获取构件
    virtual void Operation(int indent) = 0;  // 显示构件（以缩进的方式）

private:
    Component();  // 不允许

protected:
    string m_strName;
};

#endif // COMPONENT_H

创建叶子构件

作为 Component 的子类，Leaf 需要实现 Component 中定义的所有接口，但是 Leaf 不能包含子构件。因此，在 Leaf 中实现访问和管理子构件的函数时，需要进行异常处理或错误提示。 当然，这无疑会给 Leaf 的实现带来麻烦，示例代码如下：

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