C++设计模式之——组合模式
文章目录
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- 组合模式的基本概念：**
- C++代码案例简述：
组合模式（Composite Pattern）是一种结构型设计模式，它允许你将对象组织成树形结构，并且能够像处理单个对象一样处理整个组合结构。在组合模式中，组合对象与单个对象（也称为叶子对象或简单对象）有着相同的接口，所以客户端可以一致地对待它们，无需知道处理的是单个对象还是整个组合结构。
组合模式的基本概念：**
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Component（抽象构件）：定义了所有对象所共有的接口，包括组合对象和叶子对象。声明了所有用来管理子组件的方法，比如添加、删除和获取子组件等，但在组合对象中实现这些方法，而在叶子对象中则可能提供默认或空实现。
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Leaf（叶子节点）：是组合结构中的基本元素，没有子节点，实现了
Component接口。 -
Composite（组合节点）：包含了多个
Component对象，可以用来存储和管理它的子部件，同时自身也是Component接口的实现。组合节点提供了用于管理子节点的方法实现。
C++代码案例简述：
下面是一个简单的C++代码示例，展示了如何实现组合模式：
// 抽象构件 Component
class Component {
public:
virtual ~Component() {}
virtual void operation() = 0; // 假设这是所有组件都有的通用操作
virtual void add(Component* child) {} // 在组合节点中实现，在叶子节点中可能是空操作
virtual void remove(Component* child) {} // 同上
virtual Component* getChild(int index) { return nullptr; } // 返回指定索引的子组件，叶子节点返回nullptr
};
// 叶子节点 Leaf
class Leaf : public Component {
public:
void operation() override {
// 叶子节点的具体实现
}
};
// 组合节点 Composite
class Composite : public Component {
private:
vector<Component*> children; // 存储子组件的容器
public:
void add(Component* child) override {
children.push_back(child);
}
void remove(Component* child) override {
auto it = find(children.begin(), children.end(), child);
if (it != children.end()) {
children.erase(it);
}
}
Component* getChild(int index) override {
if (index >= 0 && index < children.size()) {
return children[index];
}
return nullptr;
}
void operation() override {
for (auto& child : children) {
child->operation(); // 递归调用子组件的操作
}
// 组合节点自己的具体实现
}
};
// 使用示例
int main() {
Leaf* leaf1 = new Leaf();
Leaf* leaf2 = new Leaf();
Composite* composite = new Composite();
composite->add(leaf1);
composite->add(leaf2);
composite->operation(); // 会同时调用两个叶子节点以及自身的方法
delete leaf1;
delete leaf2;
delete composite;
return 0;
}
在这个例子中，Component是抽象基类，Leaf和Composite都是其派生类。Composite内部维护了一个容器来保存子Component对象，并在operation()方法中通过递归来调用每个子组件的operation()方法。这样，无论是单独调用叶子节点的操作，还是调用组合节点的操作，客户端代码都可以保持一致性。
在实际项目中，为了更好地管理和资源释放，建议使用智能指针来代替原始指针，尤其是在C++11之后，可以有效避免内存泄漏和悬挂指针的问题。
当然，我们可以进一步完善上述代码示例，引入智能指针以提高内存管理的安全性。以下是如何使用C++11的std::shared_ptr来重构组合模式的例子：
#include 通过使用std::shared_ptr，我们不再需要手动进行内存管理，当组合对象或叶子对象不再被引用时，它们占用的内存会自动释放。这样不仅提高了代码的健壮性和可维护性，还降低了出现内存泄露的风险。
尽管以上代码已经实现了组合模式的核心思想，但在实际应用中，我们可能还需要考虑其他因素，例如访问子组件的方式可能不仅仅是按索引获取，还可以支持更灵活的方式来遍历所有子组件。下面是对上述代码进行扩展，加入迭代器以便更方便地遍历子组件：
#include 通过添加迭代器接口，现在可以直接使用范围for循环遍历组合对象的所有子组件，这使得代码更加简洁易读，同时也符合STL容器和算法的设计风格。
另外，对于组合模式的应用场景，通常还包括动态构建和修改组合结构的需求。以下是一个更完整的示例，展示如何在运行时创建和调整组合结构，并演示如何利用组合模式简化客户端代码：
#include 这个示例中，我们创建了一个包含两个叶子节点和一个嵌套组合节点的组合结构，并能够在运行时根据需求动态添加、删除组件。客户端代码只需直接调用组合结构的operation()方法，而无需关心组合的具体结构和内部细节。
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