C++设计模式之组合模式

C++设计模式之组合模式攻略

简介

组合模式（Composite Pattern）是一种结构型设计模式。组合模式可以将对象组合成树形结构，表示“部分-整体”的结构层次关系，让客户端统一对待单个对象和组合对象。

结构

组合模式将对象组织成树形结构，有以下三个角色：

Component（抽象构件）

抽象构件定义了叶子和容器构件的公共接口，并可以提供一些默认的行为或属性。

class Component {
public:
    virtual ~Component() {}
    virtual void operation() = 0;
};

Leaf（叶子构件）

叶子构件是组成对象的最基本单元，其没有子节点，实现了抽象构件中的操作。

class Leaf : public Component {
public:
    virtual void operation() {
        // 叶子构件的操作
    }
};

Composite（容器构件）

容器构件包含一组子节点，其中部分或所有子节点是另一个容器构件，其实现了抽象构件中的操作，并且可以在内部管理子节点。

class Composite : public Component {
private:
    vector<Component*> components;
public:
    virtual void operation() {
        for (auto c : components) {
            c->operation();
        }
    }
    void addComponent(Component* c) {
        components.push_back(c);
    }
    void removeComponent(Component* c) {
        // 移除指定子节点
    }
};

示例1：菜单栏

假设我们正在开发一个图形界面程序，需要实现一个具备子菜单的菜单栏。用组合模式可以轻松实现该功能。

int main() {
    Composite* menuBar = new Composite;  // 菜单栏
    Composite* fileMenu = new Composite;  // 文件菜单
    Composite* editMenu = new Composite;  // 编辑菜单
    Leaf* openItem = new Leaf;  // 打开文件项
    Leaf* saveItem = new Leaf;  // 存储文件项
    Leaf* copyItem = new Leaf;  // 复制项
    Leaf* pasteItem = new Leaf;  // 粘贴项
    fileMenu->addComponent(openItem);
    fileMenu->addComponent(saveItem);
    editMenu->addComponent(copyItem);
    editMenu->addComponent(pasteItem);
    menuBar->addComponent(fileMenu);
    menuBar->addComponent(editMenu);
    menuBar->operation(); // 显示菜单栏及其子菜单
    return 0;
}

示例2：文件系统

下面是一个文件系统的例子。文件系统由一个根目录和多个文件和子目录组成。

class FileSystemNode {
public:
    virtual ~FileSystemNode() {}
    virtual int getNumOfFiles() = 0;
    virtual int getSize() = 0;
    virtual string getName() = 0;
    virtual void addNode(FileSystemNode* node) = 0;
    virtual void removeNode(FileSystemNode* node) = 0;
};

class File : public FileSystemNode {
public:
    File(const string& name, int size) : name_(name), size_(size) {}
    virtual int getNumOfFiles() { return 1; }
    virtual int getSize() { return size_; }
    virtual string getName() { return name_; }
    virtual void addNode(FileSystemNode* node) {}
    virtual void removeNode(FileSystemNode* node) {}
private:
    string name_;
    int size_;
};

class Directory : public FileSystemNode {
public:
    Directory(const string& name) : name_(name), size_(0) {}
    virtual ~Directory() {
        for (auto n : nodes_) {
            delete n;
        }
    }
    virtual int getNumOfFiles() {
        int count = 0;
        for (auto n : nodes_) {
            count += n->getNumOfFiles();
        }
        return count;
    }
    virtual int getSize() { return size_; }
    virtual string getName() { return name_; }
    virtual void addNode(FileSystemNode* node) {
        nodes_.push_back(node);
        size_ += node->getSize();
    }
    virtual void removeNode(FileSystemNode* node) {
        auto it = find(nodes_.begin(), nodes_.end(), node);
        if (it != nodes_.end()) {
            nodes_.erase(it);
            size_ -= node->getSize();
        }
    }
private:
    string name_;
    int size_;
    vector<FileSystemNode*> nodes_;
};

int main() {
    Directory* root = new Directory("R:");
    Directory* cDrive = new Directory("C:");
    Directory* dDrive = new Directory("D:");
    File* msPaint = new File("mspaint.exe", 112);
    File* myFile = new File("myFile.txt", 10);
    Directory* music = new Directory("Music");
    root->addNode(cDrive);
    root->addNode(dDrive);
    cDrive->addNode(msPaint);
    cDrive->addNode(myFile);
    dDrive->addNode(music);
    music->addNode(new File("song1.mp3", 8));
    music->addNode(new File("song2.mp3", 9));
    music->addNode(new Directory("Pop"));
    music->addNode(new Directory("Rock"));
    cout << "Num of files: " << root->getNumOfFiles() << endl;
    cout << "Total size: " << root->getSize() << endl;
    return 0;
}