（Boolan）C++设计模式 <十一> ——组合模式（Composite）、迭代器（Iterator）和责任链（Chain of Resposibility）

“数据结构”模式

常常有一些组建在内部具有特定的数据结构，如果让客户程序依赖这些特定的数据结构，将极大的破坏组件的复用。这时候，将这些数据结构封装在内部，在外部提供统一的接口，来实现与特定数据结构无关的访问，是一种行之有效的解决方案。

• 典型模式
  1. Composite
  • Iterator
  • Chain of Responsibility

组合模式（Composite）

将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层级结构。Compisite使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性（稳定）。
——《设计模式》GoF

• 动机
  在某些软件情况下，客户代码过多地依赖于对像容器复杂的内部实现结构，对像容器内部实现结构（而非抽象接口）的变化将因其客户代码的频繁变化，带来了代码的维护性、扩展性等弊端。

#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

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

//树节点
class Composite : public Component{
    
    string name;
    list elements;//子节点
public:
    Composite(const string & s) : name(s) {}
    
    void add(Component* element) {
        elements.push_back(element);
    }
    void remove(Component* element){
        elements.remove(element);
    }
    
    void process(){
        //核心部分，即处理了当前节点，也处理了他的所有的子节点，动态的实现了类似迭代遍历的方法

        //1. process current node处理当前节点
        
        
        //2. process leaf nodes处理叶子节点
        for (auto &e : elements)
            e->process(); //多态调用
         
    }
};

//叶子节点
class Leaf : public Component{
    string name;
public:
    Leaf(string s) : name(s) {}
            
    void process(){
        //process current node
    }
};

//客户程序
void Invoke(Component & c){
     //由于之前已经遍历，此处无需手动来分别处理，对数据结构进行了封装。
     //...
    c.process();//多态调用
    //...
}


int main()
{

    Composite root("root");
    Composite treeNode1("treeNode1");
    Composite treeNode2("treeNode2");
    Composite treeNode3("treeNode3");
    Composite treeNode4("treeNode4");
    Leaf leat1("left1");
    Leaf leat2("left2");
    
    root.add(&treeNode1);
    treeNode1.add(&treeNode2);
    treeNode2.add(&leaf1);
    
    root.add(&treeNode3);
    treeNode3.add(&treeNode4);
    treeNode4.add(&leaf2);
    
    process(root);
    process(leaf2);
    process(treeNode3);
  
}

Composite的UML

对于Add、Remove函数来说，放在父类还是子节点中，有一定的争议，因为如果在父类中，那么对于leaf节点来说，逻辑上就不应该有Add、Remove方法。

要点总结
Composite模式采用树形结构来实现普遍存在的对像容器，从而将“一对多”的关系转化为“一对一”的关系，使得客户代码可以一致的（复用）处理对象和对象容器，无需关心处理的是单个对象还是组合的对象容器
将“客户代码与复杂的对象容器结构”解耦是Composite的核心思想，解耦之后，客户代码将与纯粹的抽象接口——而非对像容器的内部实现结构——发生依赖，从而更能“应对变化”。
Composite模式在具体实现中，可以让父对象中的子对象反向追溯；如果父对象有频繁的遍历需求，可使用缓存技巧来改善效率。

迭代器（Iterator）

提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露（隔离变化，稳定）该对象的内部表示。
——《设计模式》GoF

• 动机
  在软件构建中，集合对象内部结构常常变化各异。但由于这些集合对像，我们希望在不暴露其内部结构的同时，可以让外部客户代码透明的访问其中包含的元素；同时这种“透明遍历”也为“同一种算法在多种集合对象上进行操作”提供了可能。
  使用面向对象技术将这种遍历机制抽象为“迭代器对象”为“因对变化中的集合对象”提供了一种优雅的方式。

Iterator的UML

对于使用对象的方式来解决聚合对象的的访问问题，在现在来看，在C++来说已经过时了，现在的STL中主要采用的是泛型编程的思想。

template
class Iterator
{
public:
    virtual void first() = 0;
    virtual void next() = 0;
    virtual bool isDone() const = 0;
    virtual T& current() = 0;
};



template
class MyCollection{
    
public:
    
    Iterator GetIterator(){
        //...
    }
    
};

template
class CollectionIterator : public Iterator{
    MyCollection mc;
public:
    
    CollectionIterator(const MyCollection & c): mc(c){ }
    
    void first() override {
        
    }
    void next() override {
        
    }
    bool isDone() const override{
        
    }
    T& current() override{
        
    }
};

void MyAlgorithm()
{
    MyCollection mc;
    
    Iterator iter= mc.GetIterator();
    
    for (iter.first(); !iter.isDone(); iter.next()){
        cout << iter.current() << endl;
    }
    
}

以上是面向对象的模式迭代器的代码。面向对象的虚函数调用，是有一定的性能成本，需要间接运算，而在遍历过程来说，需要大量的重复调用，那么全都是虚函数调用，会使得性能成本倍增。基于泛型编程的模版编程方法，实在编译时依赖，但是性能相较面向对象的迭代器来说会比较低。基于运行时的多态的迭代器，在java、c#这类语言中普遍应用。

要点总结
迭代抽象：访问一个聚合对象的内容而无需暴露他的内部表示。
迭代多态：为遍历不同的集合结构提供一个统一的接口，从而支持同样的算法在不同的集合结构上进行操作。
迭代器健壮性考虑：便利的同时更改迭代器所在的集合结构，会导致问题。

责任链（Chain of Resposibility）

使多个对像都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些对像连成一条链，并沿着这条链传递请求，直到有一个对象处理它为止。
——《设计模式》GoF

• 在软件构建的过程中，一个请求可能被多个对象处理，但是每个请求在运行时只能有一个接受者，如果显示制定，将必不可少的带来请求发送者与接受者的耦合。

#include 
#include 

using namespace std;

enum class RequestType
{
    REQ_HANDLER1,
    REQ_HANDLER2,
    REQ_HANDLER3
};

//携带了请求信息
class Reqest
{
    string description;
    RequestType reqType;
public:
    Reqest(const string & desc, RequestType type) : description(desc), reqType(type) {}
    RequestType getReqType() const { return reqType; }
    const string& getDescription() const { return description; }
};

//链表结构
class ChainHandler{
    
//自己指向自己，形成链表
    ChainHandler *nextChain;
    void sendReqestToNextHandler(const Reqest & req)
    {
        if (nextChain != nullptr)
            nextChain->handle(req);
    }
protected:
//判断请求是否能被处理
    virtual bool canHandleRequest(const Reqest & req) = 0;
//处理请求
    virtual void processRequest(const Reqest & req) = 0;
public:
    ChainHandler() { nextChain = nullptr; }

//完整的处理请求的逻辑
    void setNextChain(ChainHandler *next) { nextChain = next; }
    
   
    void handle(const Reqest & req)
    {
        if (canHandleRequest(req))
            processRequest(req);
        else
            sendReqestToNextHandler(req);
    }
};


class Handler1 : public ChainHandler{
protected:
    bool canHandleRequest(const Reqest & req) override
    {
        return req.getReqType() == RequestType::REQ_HANDLER1;
    }
    void processRequest(const Reqest & req) override
    {
        cout << "Handler1 is handle reqest: " << req.getDescription() << endl;
    }
};
        
class Handler2 : public ChainHandler{
protected:
    bool canHandleRequest(const Reqest & req) override
    {
        return req.getReqType() == RequestType::REQ_HANDLER2;
    }
    void processRequest(const Reqest & req) override
    {
        cout << "Handler2 is handle reqest: " << req.getDescription() << endl;
    }
};

class Handler3 : public ChainHandler{
protected:
    bool canHandleRequest(const Reqest & req) override
    {
        return req.getReqType() == RequestType::REQ_HANDLER3;
    }
    void processRequest(const Reqest & req) override
    {
        cout << "Handler3 is handle reqest: " << req.getDescription() << endl;
    }
};

int main(){
    Handler1 h1;
    Handler2 h2;
    Handler3 h3;
    h1.setNextChain(&h2);
    h2.setNextChain(&h3);
    
    Reqest req("process task ... ", RequestType::REQ_HANDLER3);
    h1.handle(req);
    return 0;
}

Chain of Responsibility的UML

要点总结

• Chain of Responsibility模式的应用场合在于“一个请求可能有多个接受者，但是最后真正接受者只有一个”，这时候请求发送者与接受者的耦合可能出现“变化脆弱”的症状，职责链的目的就是将二者解耦，从而更好的应对变化。
• 应用了指责连模式后，对象的指责分派将更具灵活性。我们可以在运行时动态添加/修改请求的处理指责。
• 如果请求传递到职责链的末尾仍得不到处理，应该有一个合理的缺省机制。这也是每一个接受者对象的责任，而不是发出请求的对象的责任。