Composite(组合模式)

本文介绍了组合模式的基本概念,展示了其结构图,并讨论了该模式的优缺点。通过具体的代码实现示例,展示了如何在C++中实现限制组合中的组件,同时提供了客户端代码示例。

Composite(组合模式)

一、 功能

  表示“部分-整体”关系,并使用户以一致的方式使用单个对象和组合对象。

二、结构图



上图中,也可以做些扩展,根据需要可以将Leaf和Composite做为抽象基类,从中派生出子类来。

三、优缺点

  优点:对于Composite模式,也许人们一开始的注意力会集中在它是如何实现组合对象的。但Composite最重要之处在于用户并不关心是组合 对象还是单个对象,用户将以统一的方式进行处理,所以基类应是从单个对象和组合对象中提出的公共接口。
  缺点:Composite最大的问题在于不容易限制组合中的组件。

四、实现

  有时需要限制组合中的组件,即希望一个Composite只能有某些特定的Leaf。这个问题我是用多继承和动态类型转换来解决的。假如组合对象 Composite1只能包含单个对象ConcreteLeaf1,Composite2可以包含单个对象ConcreteLeaf1和 ConcreteLeaf2。如下图所示:


上图中的类层次比较多,使用了AbstractLeaf1和AbstractLeaf2,但没使用AbstractComposite1和 AbstractComposite2,这个并不重要,也可以把AbstractLeaf1和AbstractLeaf2去掉,这个并不重要,可以根据具 体情况决定要不要。
简单的代码实现如下:

namespace DesignPattern_Composite
{
class Component
{
public:
virtual void operation() = 0 ;
virtual void Add(Component*) {}
} ;

class AbstractComponent1 : virtual public Component {} ;

class AbstractLeaf1 : virtual public AbstractComponent1 {} ;

class Composite1 : public AbstractComponent1
{
public:
virtual void operation() { /* do operation */ }
virtual void Add(Component*) ;
} ;
void Composite1::Add(Component *p)
{
AbstractComponent1 *pc1 = dynamic_cast<ABSTRACTCOMPONENT1*>(p) ;
if (pc1 == NULL) return ;
// do add operation
}

class AbstractComponent2 : virtual public Component {} ;

class AbstractLeaf2 : virtual public AbstractComponent2 {} ;

class Composite2 : public AbstractComponent2
{
public:
virtual void operation() { /* do operation */ }
virtual void Add(Component*) ;
} ;
void Composite2::Add(Component *p)
{
AbstractComponent2 *pc2 = dynamic_cast<ABSTRACTCOMPONENT2*>(p) ;
if (pc2 == NULL) return ;
// do add operation
}

class ConcreteLeaf1 : public AbstractLeaf1
{
public:
virtual void operation() { /* do operation */ }
} ;

class ConcreteLeaf2 : public AbstractLeaf1, public AbstractLeaf2
{
public:
virtual void operation() { /* do operation */ }
} ;
}

客户端代码:

using namespace DesignPattern_Composite ;

Component *pc1 = new ConcreteLeaf1() ;
Component *pc2 = new ConcreteLeaf2() ;
Component *pc3 = new Composite1() ;
Component *pc4 = new Composite2() ;
pc3->Add(pc1) ; // ok
pc3->Add(pc2) ; // ok
pc3->Add(pc3) ; // ok
pc3->Add(pc4) ; // fail
pc4->Add(pc1) ; // fail
pc4->Add(pc2) ; // ok
pc4->Add(pc3) ; // fail
pc4->Add(pc4) ; // ok
}



  有两点需要注意,一是因为用了多继承,所以需要使用virtual inheritance。二是要用dynamic_cast来判断是否允许组合该组件。

五、示例代码

namespace DesignPattern_Composite
{
// class Component
class Component
{
public:
virtual void Operation() = 0 ;
virtual void Add(Component*) {}
} ;

// class Leaf
class Leaf : public Component
{
public:
virtual void Operation() {}
} ;

// class Composite
class Composite : public Component
{
public:
virtual void Add(Component *p) { _list.push_back(p) ; }
virtual void Operation()
{
vector< Component* >::const_iterator it ;
for (it = _list.begin(); it != _list.end(); it++)
(*it)->Operation() ;
}
private:
vector< Component* > _list ;
} ;
}


六、实例

  (1)JUnit中就用的是Composite模式。


### 光流法C++源代码解析与应用 #### 光流法原理 光流法是一种在计算机视觉领域中用于追踪视频序列中运动物体的方法。它基于亮度不变性假设,即场景中的点在时间上保持相同的灰度值,从而通过分析连续帧之间的像素变化来估计运动方向和速度。在数学上,光流场可以表示为像素位置和时间的一阶导数,即Ex、Ey(空间梯度)和Et(时间梯度),它们共同构成光流方程的基础。 #### C++实现细节 在给定的C++源代码片段中,`calculate`函数负责计算光流场。该函数接收一个图像缓冲区`buf`作为输入,并初始化了几个关键变量:`Ex`、`Ey`和`Et`分别代表沿x轴、y轴和时间轴的像素强度变化;`gray1`和`gray2`用于存储当前帧和前一帧的平均灰度值;`u`则表示计算出的光流矢量大小。 #### 图像处理流程 1. **初始化和预处理**:`memset`函数被用来清零`opticalflow`数组,它将保存计算出的光流数据。同时,`output`数组被填充为白色,这通常用于可视化结果。 2. **灰度计算**:对每一像素点进行处理,计算其灰度值。这里采用的是RGB通道平均值的计算方法,将每个像素的R、G、B值相加后除以3,得到一个近似灰度值。此步骤确保了计算过程的鲁棒性和效率。 3. **光流向量计算**:通过比较当前帧和前一帧的灰度值,计算出每个像素点的Ex、Ey和Et值。这里值得注意的是,光流向量的大小`u`是通过`Et`除以`sqrt(Ex^2 + Ey^2)`得到的,再乘以10进行量化处理,以减少计算复杂度。 4. **结果存储与阈值处理**:计算出的光流值被存储在`opticalflow`数组中。如果`u`的绝对值超过10,则认为该点存在显著运动,因此在`output`数组中将对应位置标记为黑色,形成运动区域的可视化效果。 5. **状态更新**:通过`memcpy`函数将当前帧复制到`prevframe`中,为下一次迭代做准备。 #### 扩展应用:Lukas-Kanade算法 除了上述基础的光流计算外,代码还提到了Lukas-Kanade算法的应用。这是一种更高级的光流计算方法,能够提供更精确的运动估计。在`ImgOpticalFlow`函数中,通过调用`cvCalcOpticalFlowLK`函数实现了这一算法,该函数接受前一帧和当前帧的灰度图,以及窗口大小等参数,返回像素级别的光流场信息。 在实际应用中,光流法常用于目标跟踪、运动检测、视频压缩等领域。通过深入理解和优化光流算法,可以进一步提升视频分析的准确性和实时性能。 光流法及其C++实现是计算机视觉领域的一个重要组成部分,通过对连续帧间像素变化的精细分析,能够有效捕捉和理解动态场景中的运动信息
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