c++设计模式之组合模式

组合模式(Composite Pattern)-结构型


意图:组合模式,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。

举例:组合模式让你可以优化处理递归或分级数据结构。有许多关于分级数据结构的例子,使得组合模式非常有用武之地。

例如计算机的文件系统,文件系统由目录和文件组成。每个目录下可以有文件或是目录。目录的内容可以是文件,也可以是目录。

按照这种方式,计算机的文件系统就是以递归结构来组织的。如果你想要描述这样的数据结构,那么你可以使用组合模式Composite。

涉及角色:
1.Component 是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默认行为。声明一个接口用于访问和管理Component子部件。
2.Leaf 在组合中表示叶子结点对象,叶子结点没有子结点。
3.Composite 定义有枝节点行为,用来存储子部件,在Component接口中实现与子部件有关操作,如增加(add)和删除(remove)等。


适用性场景:
1.你想表示对象的部分-整体层次结构
2.你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。


组合模式的结构图:


兑现代码:
#include <iostream>
#include <string>
#include "list"
using namespace std;

class IFile
{
public:
	virtual void display()=0;
	virtual int add(IFile *ifile)=0;
	virtual int remove(IFile *ifile)=0;
	virtual list<IFile*>* getChild()=0;
};
class File :public IFile
{
public:
	File(string name)
	{
		m_name=name;
	}
	virtual void display()
	{
		cout<< m_name<<endl;
	}
	virtual int add(IFile *ifile)
	{
		return -1;
	}
	virtual int remove(IFile *ifile)
	{
		return -1;
	}
	virtual list<IFile*>* getChild()
	{
		return NULL;
	}
private:
	string m_name;
};
//目录节点
class Dir :public IFile
{
public:
	Dir(string name)
	{
		m_name=name;
		m_list = new list<IFile*>;
	}
	virtual void display()
	{
		cout<< m_name<<endl;
	}
	virtual int add(IFile *ifile)
	{
		m_list->push_back(ifile);
		return 0;

	}
	virtual int remove(IFile *ifile)
	{
		m_list->remove(ifile);
		return 0;
	}
	virtual list<IFile*> * getChild()
	{
		return m_list;
	}
private:
	string m_name;
	list<IFile*> *m_list;
};
void showTree(IFile*root,int level)
{
	//递归的显示
	if(root==NULL)
	{
		return ;
	}
	int i=0;

	for(i=0;i<level;i++)
	{
		printf("\t");
	}
	root->display();
	
	list<IFile*> *list1 = root->getChild();
	if(list1!=NULL)//C盘下有东西可能是文件也可能是目录,可能都有
	{	
		for(list<IFile*>::iterator it = list1->begin();it!=list1->end();it++)
		{
			if((*it)->getChild()==NULL)//说明是文件
			{
				for(i=0;i<=level;i++)
				{
					printf("\t");
				}
				(*it)->display();
			}
			else//说明是目录
			{

				showTree(*it,level+1);
			}
			
		}
	}

}
void main()
{
	Dir *root = new Dir("C:");
	Dir *dir1 = new Dir("dir1");
	Dir *dir2 = new Dir("dir2");

	File *file1 = new File("file1");
	File *file2 = new File("file2");
	//往目录c盘下添加文件和目录
	root->add(dir1);
	root->add(file1);
	dir1->add(file2);
	dir1->add(dir2);
	//root->display();
	//获取root下的集合
	list<IFile*> *list1 = root->getChild();

	showTree(root,0);

	cout<<"nihao..."<<endl;
	system("pause");
	return ;
}
运行结果:


### C++组合模式的详细介绍 #### 定义与概念 组合模式是一种结构型设计模式,允许将对象组合成树形结构来表示“部分-整体”的层次结构。该模式让客户端能以一致的方式处理单个对象和对象组合[^3]。 #### 特点 - **一致性**:无论是一个单独的对象还是多个对象组成的集合,在接口上都是一致的。 - **透明性**:对于客户来说,无论是访问单一对象还是复合对象都是相同的。 - **灵活性**:易于扩展新的组件类型而无需修改现有代码。 #### 缺点 尽管提供了上述优点,但也存在一些缺点: - 可能使设计更加复杂; - 减少了一定程度上的类型安全; --- ### 实现方式 为了实现这一模式,通常会定义一个抽象基类 `Component` 来声明公共的操作方法,并由具体部件(叶子节点)和容器(分支节点)共同继承此基类。下面展示了一个简单的例子: ```cpp // geom_example.h 文件中的 Component 类定义 class FileSystem { public: virtual ~FileSystem() {} // 显示名称的方法 virtual void ShowName(int level) = 0; // 计算文件数目的虚函数,默认返回0 virtual int countNumOfFiles() const { return 0; } }; // File 类作为叶子结点的具体实现 class File : public FileSystem { private: std::string m_sname; public: explicit File(const std::string& name): m_sname(name) {} void ShowName(int level) override { for (int i = 0; i < level; ++i) { std::cout << " "; } std::cout << "- " << m_sname << "\n"; } int countNumOfFiles() const override { return 1; // 单一文件的数量总是1 } }; ``` 接着是 Composite 部分,即可以容纳其他 Components 的 Container 或者说是 Folder: ```cpp #include <vector> using namespace std; // Directory 类作为一个包含子项的容器 class Directory : public FileSystem { private: vector<FileSystem*> children; string dir_name; public: Directory(const string& name) : dir_name(name) {} void add(FileSystem* component) { children.push_back(component); } void remove(FileSystem* component) { auto it = find(children.begin(), children.end(), component); if(it != children.end()) { delete *it; children.erase(it); } } void ShowName(int level) override { for (int i = 0; i < level; ++i) { cout << " "; } cout << "+ " << dir_name << "\n"; for(auto child : children){ child->ShowName(level + 2); } } int countNumOfFiles() const override { int total_files = 0; for(auto item : children){ total_files += item->countNumOfFiles(); } return total_files; } }; ``` --- ### 使用场景 当面对具有明显层次关系的数据集时,比如文件系统、图形界面控件管理或是企业内部组织架构等问题域内,都可以考虑采用组合模式来进行建模[^4]。 ---
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