C++ 设计模式之组合模式

【声明】本题目来源于卡码网（题目页面 (kamacoder.com)）

【提示：如果不想看文字介绍，可以直接跳转到C++编码部分】

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【简介】什么是组合模式

        组合模式是⼀种结构型设计模式，它将对象组合成树状结构来表示“部分-整体”的层次关系。组合模式使得客户端可以统⼀处理单个对象和对象的组合，⽽⽆需区分它们的具体类型。

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【基本结构】

组合模式包括下⾯⼏个⻆⾊：

        理解起来⽐较抽象，我们⽤“省份-城市”举个例⼦，省份中包含了多个城市，如果将之⽐喻成⼀个树形结构，城市就是叶⼦节点，它是省份的组成部分，⽽“省份”就是合成节点，可以包含其他城市，形成⼀个整体，省份和城市都是组件，它们都有⼀个共同的操作，⽐如获取信息。

• Component 组件： 组合模式的“根节点”，定义组合中所有对象的通⽤接⼝，可以是抽象类或接⼝。该类中定义了⼦类的共性内容。
• Leaf 叶⼦：实现了Component接⼝的叶⼦节点，表示组合中的叶⼦对象，叶⼦节点没有⼦节点。
• Composite 合成： 作⽤是存储⼦部件，并且在Composite中实现了对⼦部件的相关操作，⽐如添加、删除、获取⼦组件等。

        通过组合模式，整个省份的获取信息操作可以⼀次性地执⾏，⽽⽆需关⼼省份中的具体城市。这样就实现了对国家省份和城市的管理和操作。

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 【简易实现】

        利用Java代码作以说明：

1. 组件接口

// 组件接⼝
interface Component {
    void operation();
}

2. 叶子节点

// 叶⼦节点
class Leaf implements Component {
    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("Leaf operation");
    }
}

3. 组合节点

// 组合节点：包含叶⼦节点的操作⾏为
class Composite implements Component {
    private List components = new ArrayList<>();

    public void add(Component component) {
        components.add(component);
    }

    public void remove(Component component) {
        components.remove(component);
    }

    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("Composite operation");
        for (Component component : components) {
            component.operation();
        }
    }
}

4. 客户端代码

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建叶⼦节点
        Leaf leaf = new Leaf();
        // 创建组合节点，并添加叶⼦节点
        Composite composite = new Composite();
        composite.add(leaf);
        composite.operation(); // 统⼀调⽤
    }
}

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【使用场景】

        组合模式可以使得客户端可以统⼀处理单个对象和组合对象，⽆需区分它们之间的差异，⽐如在图形编辑器中，图形对象可以是简单的线、圆形，也可以是复杂的组合图形，这个时候可以对组合节点添加统⼀的操作。
        总的来说，组合模式适⽤于任何需要构建具有部分-整体层次结构的场景，⽐如组织架构管理、⽂件系统的⽂件和⽂件夹组织等。

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【C++ 编码部分】

1. 题目描述

        小明所在的公司内部有多个部门，每个部门下可能有不同的子部门或者员工。请你设计一个组合模式来管理这些部门和员工，实现对公司组织结构的统一操作。部门和员工都具有一个通用的接口，可以获取他们的名称以及展示公司组织结构。

2. 输入描述

        第一行是一个整数 N（1 <= N <= 100），表示后面有 N 行输入。 接下来的 N 行，每行描述一个部门或员工的信息。部门的信息格式为 D 部门名称，员工的信息格式为 E 员工名称，其中 D 或 E 表示部门或员工。

3. 输出描述

        输出公司的组织结构，展示每个部门下的子部门和员工。

4. C++ 编码实例

/**
* @version Copyright (c) 2024 NCDC, Servo。 Unpublished - All rights reserved
* @file CompositeMode.hpp
* @brief 组合模式
* @autor 写代码的小恐龙er
* @date 2024/01/12
*/

#include 
#include 
#include 

using namespace std;
// 前置声明
// Component 组件： 组合模式的“根节点”，定义组合中所有对象的通⽤接⼝，可以是抽象类或接⼝
class Component;

// 叶⼦节点1 -- 部门 （还可以包含子部门和员工）
class Department;
// 叶子节点2 -- 员工
class Employee;

// 组合节点 -- 包含叶子节点的操作行为
class Composite;

// Component 组件： 组合模式的“根节点”
class Component
{
public:
    // 提供信息展示的公共接口
    virtual void ShowInfo(int depth) = 0;
};

// 叶⼦节点1 -- 部门 （还可以包含子部门和员工）
class Department : public Component
{
// 成员属性
private:
    // 部门名称
    string _name; 
    // 子部门 -- 新建子部门的室友  使用派生类来新建 基类
    std::vector _childrenVec; 
    
//成员函数
public:
    // 重载构造函数 以便通过部门名称新建部门
    Department(){}
    Department(string name){
        this->_name = name;
    }
    // 添加子部门
    void AddSubDepartment(Component * component){
        _childrenVec.push_back(component);
    }
    // 重载部门信息展示函数
    void ShowInfo(int depth) override {
        // ======= 展示自己的信息 =======
        string info = "";
        for(int i = 0; i < depth; i++){
            info += "  ";
        }
        std::cout << info << _name << endl;
        
        // ======= 展示子部门的信息 =======
        for(int j = 0; j < _childrenVec.size(); j++){
            _childrenVec[j]->ShowInfo(depth + 1);
        }
    }
    
};

// 叶子节点2 -- 员工
class Employee : public Component
{
// 成员属性
private:
    // 员工名称
    string _name; 
    
//成员函数
public:
    // 重载构造函数 以便通过员工名称新建员工
    Employee(string name){
        this->_name = name;
    }
    
    // 重载员工信息展示函数
    void ShowInfo(int depth) override {
        // ======= 展示自己的信息 =======
        string info = "";
        for(int i = 0; i < depth; i++){
            info += "  ";
        }
        
        std::cout << info << "  " << _name << endl;
    }
};

// 组合节点 -- 包含叶子节点的操作行为
class Composite
{
// 成员属性
private:
    // 公司名称 -- 管理这些叶子节点的 根节点
    string _name;
    // 根节点
    Department *_rootDepartment;
    
// 成员函数
public:
    // 重载构造函数 来新建某个公司
    Composite(string name){
        this->_name = name;
        _rootDepartment = new Department(name);
    }
    // 析构函数
    ~Composite(){
        if(_rootDepartment != nullptr){
            delete _rootDepartment;
            _rootDepartment = nullptr;
        }
    }
    
    // 添加根节点下面的子节点
    void AddComponent(Component *component){
        _rootDepartment->AddSubDepartment(component);
    }
    
    // 信息展示初始函数 
    void ShowInfo(){
        std::cout << "Company Structure:" << endl;
        // 此时开头的根节点 不需要做缩进 故而 参数传入0
        _rootDepartment->ShowInfo(0);
    }
};

int  main()
{
    // 公司名称
    string companyName = "";
    //输入
    std::cin >> companyName;
    // 部门和员工总数
    int number = 0;
    // 输入
    std::cin >> number;
    // 组合节点 -- 传入公司名称 新建根节点
    Composite *company = new Composite(companyName);
    
    for(int i = 0; i < number; i++)
    {
        // 信息类型
        char type = ' ';
        // 名称 
        string name = "";
        // 输入
        std::cin >> type >> name;
        // 新建部门 -- 名称构造
        Component *component = nullptr;
        Employee *employee = nullptr;
        if(type == 'D'){
            // 新建部门派生类
            Component *component = new Department(name);
            company->AddComponent(component);
        }
        else if(type == 'E'){
            // 新建员工派生类
            Component *employee = new Employee(name);
            company->AddComponent(employee);
        }
        else continue;
        
        // 析构掉New出来的内存
        if(component != nullptr) {
            delete component;
            component = nullptr;
        }
        if(component != nullptr) {
            delete employee;
            employee = nullptr;
        }
    }
    
    // 添加完根节点和子节点后开始结构信息展示
    company->ShowInfo();
        
    // 析构掉New出来的内存
    delete company;
    company = nullptr;
    
    return 0;
}

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To be continued.