设计模式-Note8-数据结构类

Composite

组合模式

将对象组成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite使得用户对单个对象和组和对象的使用具有一致性（稳定）。

解决什么问题

软件在某些情况下，客户代码过多地依赖于对象容器负载的内部实现结构，对象容器内部实现结构（而非抽象接口）的变化将引起客户代码（invoke函数）的频繁变化，带来了代码的维护性、扩展性等弊端。

如何将“客户代码与复杂对象容器结构”解耦？让对象容器自己来实现自身的复杂结构，从而使得客户代码就像处理简单对象一样来处理复杂的对象容器。

结构

要点总结

1. Composite模式采用树形结构来实现普遍存在的对象容器，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地（复用）处理对象和对象容器，无需关心处理的是单个的对象，还是组合的对象容器。
2. 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——而非对象容器的内部实现结构——发生依赖，从而更能“应对变化”。
3. 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，可以使用缓存技巧来改善效率。

示例

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

class Composite : public Component {
private:
    string name;
    list<Component*> elements;
public:
    Composite(const string& s) : name(s) {}
    void add(Component* element) {
        elements.push_back(element);
    }
    void remove(Component* element) {
        elements.remove(element);
    }

    void process() {
        // process current node

        // process leaf nodes
        for (auto &e : elements) {
            e->process();
        }
    }
};

class Leaf : public Component {
private:
    string name;
public:
    Leaf(string s) : name(s) {}

    void process() {
        // process current node
    }
};

// 稳定
void Invoke(Component& element) {
    // ... 
    element.process();
}

int main() {
    Composite root("root");
    Composite treeNode1("treeNode1");
    Composite treeNode2("treeNode2");
    Composite treeNode3("treeNode3");
    Composite treeNode4("treeNode4");
    Leaf left1("left1");
    Leaf left2("left2");

    root.add(&treeNode1);
    treeNode1.add(&treeNode2);
    treeNode2.add(&left1);

    root.add(&treeNode3);
    treeNode3.add(&treeNode4);
    treeNode4.add(&left2);

    process(root);
}

Iterator

迭代器

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（稳定）该对象的内部表示。

解决什么问题

在软件构建过程中，集合对象内部结构常常变化各异。但对于这些集合对象，我们希望不暴露其内部结构的同时，可以让外部客户嗲吗透明地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。

使用面向对象的技术将这种遍历机制抽象为“迭代器对象”为“应对变化中的集合对象”提供了一种优雅的方式。

结构

要点总结

1. 迭代抽象：访问一个聚合对象的内容而无需暴露它的内部表示。
2. 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集合结构上进行操作。
3. 迭代器的健壮性考虑：遍历的同时更改迭代器所在的集合结构，会导致问题。

示例

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

template<typename T>
class MyCollection {
public:
    Iterator<T> GetIterator() {
        // ... 
    }

};

template<typename T>
class CollectionIterator : public Iterator<T> {
private:
    MyCollection<T> mc;
public:
    CollectionIterator(const MyCollection<T>& c) : mc(c) { }

    void first() override {

    }
    void next() override {

    }
    bool isDone() const override {

    }
    T& current() override {

    }
}

void MyAlgorithm() {
    MyCollection<int> mc;

    Iterator<int> iter = mc.GetIterator();

    for (iter.first(); !iter.isDone(); iter.next()) {
        // ...
    }
}

Chain of Resposibility

职责链

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

解决什么问题

在软件构建过程中，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，如果显示指定，将必不可少地带来请求发送者与接受着的紧耦合。

如何使请求的发送者不需要指定具体的接受者？让请求的接受者自己在运行时决定来处理请求，从而使两者解耦。

结构

要点总结

1. Chain of Responsibility 模式的应用场合在于“一个请求可能有多个接受者，但最后真正的接受者只有一个”，这时候请求发送者与接受者的耦合有可能出现“变化脆弱”的症状，职责链的目的就是将二者解耦，从而更好地应对变化。
2. 应用了Chain of Responsibility模式后，对象的职责分派将更具灵活性。我们可以在运行时动态添加/修改请求的处理职责。
3. 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。这也是每一个接受对象的责任，而不是发出请求的对象的责任。

示例

class Request {
private:
    string description;
    RequestType reqType;
public:
    Request(const string& desc, RequestType type) : description(desc), reqType(type) {}
    RequestType getReqType() const { return reqType; }
    const string& getDescription() const { return description; }
};

class ChainHandler {
private:
    ChainHandler* nextChain;
    void sendRequestToNextHandler(const Request& req) {
        if (nextChain != nullptr) {
            nextChain->handle(req);
        }
    }
protected:
    virtual bool canHandleRequest(const Request& req) = 0;
    virtual void processRequest(const Request& req) = 0;
public:
    virtual ~ChainHandler() {}
    ChainHandler() {
        nextChain = nullptr;
    }
    void setNextChain(ChainHandler* next) {
        nextChain = next;
    }
    void handle(const Request& req) {
        if (canHandleRequest(req)) {
            processRequest(req);
        }
        else {
            sendRequestToNextHandler(req);
        }
    }
};

class Handler1 : public ChainHandler {
protected:
    bool canHandleRequest(const Request& req) override {
        return req.getReqType() == RequestType::REQ_HANDLER1;
    }
    void processRequest(const Request& req) override {
        // ... 
    }
};

class Handler2 : public ChainHandler {
protected:
    bool canHandleRequest(const Request& req) override {
        return req.getReqType() == RequestType::REQ_HANDLER2;
    }
    void processRequest(const Request& req) override {
        // ... 
    }
};

class Handler3 : public ChainHandler {
protected:
    bool canHandleRequest(const Request& req) override {
        return req.getReqType() == RequestType::REQ_HANDLER3;
    }
    void processRequest(const Request& req) override {
        // ... 
    }
};

int main() {
    Handler1 h1;
    Handler2 h2;
    Handler3 h3;

    h1.setNextChain(&h2);
    h2.setNextChain(&h3);

    Request request("process task ...", RequestType::REQ_HANDLER3);
    h1.handle(request);
    return 0;
}