亂砍設(shè)計模式之四

wtf_soft 2006-04-18

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COMPOSITE與BUILDER模式 —— 忠義堂石碣受天文梁山泊英雄排座次
junguo
     Composite模式的中文名字是組合模式，該模式的目的是使單個對象和它的對象組合（一般是數(shù)組或者鏈表的結(jié)構(gòu)）擁有統(tǒng)一的操作方式，這樣可以簡化客戶的使用。我們還是通過具體的例子來理解該模式。還是先來一段例子背景介紹：
     話說，宋江帶人攻陷東平東昌兩郡，收降了雙槍將董平和沒羽箭張清，而后皇甫端來歸。梁山聚集了武將，書生，醫(yī)生以至獸醫(yī)等各色人等，成為了一個成熟的社區(qū)。著點人數(shù)正好一百單八人，是個吉利數(shù)字，為此宋江組織了浩大的祭天儀式。在祭天儀式進行期間，發(fā)現(xiàn)了埋于地下的石碣，石碣上排定了三十六天罡，七十二地煞的座次。次序以定，梁山也開始走上正規(guī)，開始劃分各位好漢的職責(zé)。依據(jù)各人特長，分別任職于馬軍，步軍，軍師等角色。有了規(guī)矩，才成方圓，自此梁山告別了單挑的時代，作戰(zhàn)有了一些固定的組合。如李逵出戰(zhàn)，必有項充，李袞護在身邊；這位頭腦簡單的殺人魔王的典型特點是攻強守弱，而且不著盔甲，如若無人保護估摸早死了。還有另外一些組合：如矮腳虎王英和一丈青扈三娘這樣的夫妻組合（扈三娘嫁給了王英，你能想通嗎？我想不通）；還有解寶解珍這樣的兄弟組合等。
     來考慮一下，如何實現(xiàn)這樣的功能，武將可以單獨出擊，也可以成群的出擊？該如何去實現(xiàn)這樣的功能呢？還是一步一步來，先看類圖：

這是我們建立的武將類，該類和我們第一講《趙子龍單騎救主》中建立的武將類相同（為了突出中心功能，簡化了功能）?？紤]一下在這種情況下，我們?nèi)绻胱尪鄠€武將一起出擊，該如何實現(xiàn)？最單純的做法就是在調(diào)用該類的地方生成一個數(shù)組，然后客戶端通過該數(shù)組來調(diào)用各個對象的操作。大概代碼如下：

   General general[10];
for( int  i = 0; i<10; i++  )
general[i].Assault();

客戶端也可以將這些操作封裝在不同的函數(shù)中，但如果武將類填加新的函數(shù)的時候，客戶端也需要相應(yīng)的增加此類德函數(shù)。這是典型的封裝不好的例子，客戶端需要增加特殊的函數(shù)來支持對象。我自己的工作中就遇到了這樣的問題，類沒有封裝好，針對于這些類的操作，你不得不填加一些函數(shù)，接著就可以發(fā)現(xiàn)在不同的文件里有很多功能相似的函數(shù)（一個類往往在多處用到，而這些往往是由不同的人寫的，這樣很容易造成重復(fù)代碼）。整個程序被改得亂碼七糟的，改這樣的東西真是頭痛萬分，更加上你如果要用到這些外部的函數(shù)的時候，都不知道用那個。那如何來解決該問題呢？找到組合模式，就找到了解決之道。先來看看組合模式的類圖描述：

    Component是為Leaf和Composite抽象出來的共同接口，可以通過它來統(tǒng)一操作單個對象或者組合對象。
    Leaf是我們具體要用到的類，它用來完成具體的功能。Composite是我們用來組合對象的類，并實現(xiàn)對子對象的管理；它通過Add，Remove和GetChild來實現(xiàn)對子對象的管理。Composite中會含有一個Component型的對象列表childers，它也會重載Leaf中所需要的函數(shù)，然后通過遍歷執(zhí)行所有childer的函數(shù)。該childer也可以是Composite型的，這樣就可以有一個遞歸的結(jié)構(gòu)。
    我們用Composite模式來重新設(shè)計我們的類圖，如下：

理解模式最有效的方式，還是看具體的代碼：

#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
//抽象部件類，是Leaf和Composite的共有接口
class GeneralComponent
{
public:
//為了確保調(diào)用到析構(gòu)函數(shù)，此處聲明為虛函數(shù)
virtual ~GeneralComponent(){}
//由于General中不實現(xiàn)Add，Remove，GetChild，此處需要一個缺省的實現(xiàn)，但此處拋出異常更合適一些，為了簡單，省略了。
virtual void Add(GeneralComponent* pComonent) {}
virtual void Remove(GeneralComponent* pComonent) {}
virtual GeneralComponent* GetChild(int i) {return NULL;}
virtual void Assault() = 0;
};
//具體用到的類
class General : public GeneralComponent
{
private:
string m_strName;
public:
General(string strName):m_strName(strName){}
void Assault()
{
cout << m_strName << " 進入戰(zhàn)斗!" << endl;
}
};
//組合類
class GeneralComposite : public GeneralComponent
{
private:
string m_strName;
//用來存放需要組合的對象
vector m_pComponents;
public:
GeneralComposite(string strName):m_strName(strName){}
virtual ~GeneralComposite()
{
vector::iterator pos;
for( pos = m_pComponents.begin();pos::iterator ivite=
find(m_pComponents.begin(),m_pComponents.end(),pGeneral);
m_pComponents.erase(ivite);
}
GeneralComponent* GetChild(int i)
{
return m_pComponents[i];
}
void Assault()
{
cout << m_strName << "戰(zhàn)斗序列" << endl;
//需要調(diào)用所有的組合對象的操作
vector::iterator pos;
for( pos = m_pComponents.begin();posAssault();
}
}
};

我們再來看一下，客戶端如何來調(diào)用該對象：

int main(int argc, char* argv[])
{
GeneralComposite pArmy("梁山大軍");
GeneralComposite* pHorseArmy = new GeneralComposite("梁山馬軍");
GeneralComposite* pPaceArmy = new GeneralComposite("梁山步軍");
General *pWusong = new General("好漢武松");
General *pHuaheshang = new General("俠客魯智深");
General *pLida = new General("莽漢李逵");
General *pLinchong = new General("英雄林沖");
General *pGuansheng = new General("大刀關(guān)勝");
pHorseArmy->Add(pLinchong);
pHorseArmy->Add(pGuansheng);
pPaceArmy->Add(pWusong);
pPaceArmy->Add(pHuaheshang);
pPaceArmy->Add(pLida);
pArmy.Add(pHorseArmy);
pArmy.Add(pPaceArmy);
pArmy.Assault();
return 0;
}

運行結(jié)果如下：

     我們可以看到，通過組合模式，對于對象的調(diào)用變得簡單了起來，只要通過一個函數(shù)就可以實現(xiàn)對所有對象的統(tǒng)一調(diào)用。這樣做最大的好處就是將所有的代碼統(tǒng)一成了一份，可以避免在不同的地方出現(xiàn)類似的代碼。在多人合作的情況下，由于交流不充分的問題，很多時候開發(fā)人員各自寫各自的代碼，而不關(guān)心別人的代碼，極容易產(chǎn)生相同功能的代碼。當(dāng)我們的類進行擴展的時候，可能很多地方都需要進行修改。
    我們再來看看組合模式可能存在的問題。Leaf類繼承了Component中的所有方法，但對于Add，Remove，GetChild等操作，這些操作對它來說是無意義的。我們也可以把這些操作放到Composite中，但在這種情況下，我們將無法通過基類來直接操作Composite對象。個人覺得這個問題可以根據(jù)具體問題權(quán)衡解決。我們也可以為Component擴展更多的Leaf或者Composite，在這種情況下，如果我們想控制Composite中只能添加限定的Leaf或者Composite在靜態(tài)情況下是不可能的，必須在運行時刻去判斷。
    還有，我們應(yīng)該最大化Component接口，我們使用該接口的目的就是使用戶不知道它具體操作的是哪個Leaf或者Composite，所以我們應(yīng)該盡量多定義一些它們公共的操作。這樣還是會造成我們上面提到的會給一些類帶來無意義的功能。
    我們再來簡單比較一下Composite和Decorator模式，這兩個模式都會有一個子類擁有基類的指針，不同之處是Composite會擁有多個組件，而Decorator只擁有一個組件。Composite主要目的是對象的聚集，使它們的調(diào)用統(tǒng)一化；而Decorator不是此目的，它的目的是給對象添加一些額外的功能。
    好了，Composite的講解先到此為止。如果你感興趣的話，可以試著把我們第一章用到的策略模式應(yīng)用到該處。不過我們下面看另外一個問題。在main中，我們需要很多代碼去完成對象的創(chuàng)建。我們是否可以將對象的創(chuàng)建部分也做一些封裝呢？我們可以找找創(chuàng)建型的模式中是否有適合我們的模式？
    在《設(shè)計模式》中，我們可以找到Builder模式，它的定義是：將一個復(fù)雜對象的構(gòu)建與它的表示分離，使得同樣的構(gòu)建過程可以創(chuàng)建不同的表示。和我們的意圖有點象，先來看看《設(shè)計模式》中為我們提供的類圖：

     作一下解釋：
    1， Director是具體要用到復(fù)雜對象的部分（如GeneralComponent）的類（我們程序中是main中調(diào)用）。它會通過Builder來建造自己需要的對象，而不需要自己通過new來得到所要的對象。
    2，而Builder的是一個抽象的創(chuàng)建對象的接口。
    3， ConcreteBuilder是我們用來具體創(chuàng)建對象的類。它可能有多個，用來幫我們建造不同類型的對象。如我們把我們的General派生出不同的風(fēng)格，如先秦風(fēng)格和羅馬風(fēng)格的時候，我們可能需要生成不同的類。而每次創(chuàng)建一種風(fēng)格的對象，我們就可以擴展Builder而生成不同的創(chuàng)建類。
    我們的例子比較簡單，不需要這么多東西。Builder的重要特征是：它是用來一步一步創(chuàng)建復(fù)雜對象類型的。我們的組合類由于需要組合不同的組件，所以整個創(chuàng)建過程比較復(fù)雜，那么可以借用Builder模式的特點來創(chuàng)建我們的對象。好的，看看具體的代碼：

class Builder
{
public:
static GeneralComponent* CreateCompise(GeneralComponent *pParent,string strArr[],int iLength = 1)
{
if ( pParent != NULL )
{
for( int i = 0 ; i < iLength ; i++ )
{
pParent->Add(new GeneralComposite(strArr[i]));
}
return pParent;
}
else
{
return new GeneralComposite(strArr[0]);
}
}
static GeneralComponent* CreateGeneral(GeneralComponent *pParent,string strArr[],int iLength = 1)
{
if ( pParent != NULL )
{
for( int i = 0 ; i < iLength ; i++ )
{
pParent->Add(new General(strArr[i]));
}
return pParent;
}
else
{
return new General(strArr[0]);
}
}
};

這邊的代碼略顯簡單，只重意了，你可以看到，創(chuàng)建過程被封裝成CreateCompise和CreateGeneral兩個方法，通過它們來創(chuàng)建我們所需要的對象。只要將所需要的Composite（為它創(chuàng)建Leaf和子Composite的），還有創(chuàng)建對象所需要的參數(shù)（例子有些簡單，只要一個初始化參數(shù)）數(shù)組和數(shù)組長度傳進函數(shù)就可以幫我們創(chuàng)建所需要的對象了。由于Builder沒有成員變量，將兩個函數(shù)設(shè)置成了靜態(tài)函數(shù)，想當(dāng)于一個單件類型。我們再看看它的具體用法：

int main(int argc, char* argv[])
{
string strArmy[1] = {"梁山大軍"};
string strArmyChild[2] = {"梁山馬軍","梁山步軍"};
string strSpecLeader[3] = {"好漢武松","俠客魯智深","莽漢李逵"};
string strHorseLeader[2] = {"英雄林沖","大刀關(guān)勝"};
GeneralComponent *pArmy = Builder::CreateCompise(NULL,strArmy);
Builder::CreateCompise(pArmy,strArmyChild,2);
Builder::CreateGeneral(pArmy->GetChild(0),strHorseLeader,2);
Builder::CreateGeneral(pArmy->GetChild(1),strSpecLeader,3);
pArmy->Assault();
delete pArmy;
}

這樣我們就可以統(tǒng)一對象的創(chuàng)建過程。做到一定程度的聚合。我個人感覺模式的學(xué)習(xí)過程是從形到意（就是從一些具體的例子看起，通過具體的例子來理解模式）；而后是重意不重形（明白模式的意義之后，我們就可以隨意使用模式了，而不需要硬套公式）。所以此處使用了和書上并不一致的Builder模型。其實Builder模式與Abstract Factory模式很相似，我們下次描述Abstract Factory模式的時候，再回頭比較一下。

參考書目：
1，	設(shè)計模式——可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)（Design Patterns ——Elements of Reusable Object-Oriented Software） Erich Gamma 等著 李英軍等譯  機械工業(yè)出版社
2，	Head First Design Patterns（影印版）Freeman等著 東南大學(xué)出版社
3，	道法自然——面向?qū)ο髮嵺`指南    王詠武 王詠剛著  電子工業(yè)出版社
4， 水滸傳 —— 網(wǎng)上找到的電子檔

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亂砍設(shè)計模式之四