李建忠设计模式之”数据结构“模式

文章目录

组合模式（Composite）
- 定义
- 动机
- 结构图
- 代码
- 要点
- 总结
迭代器模式（Iterator）
- 定义
- 动机
- 结构图
- 代码
- 要点
- 总结
责任链模式（China of Resposibilty）
- 定义
- 动机
- 结构图
- 代码
- 要点
- 总结

常常有一些组件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，将极大地破坏组件的复用。这时候，将这些特定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：Composite、Iterator、China of Resposibilty。

组合模式（Composite）

定义

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

——《设计模式》GoF

动机

在软件在某些情况下，客户代码过多地依赖于对象容器复杂的内部实现结构，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“客户代码与复杂的对象容器结构”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？

结构图

代码

#include <algorithm>
using namespace std;class Component{
public:virtual void process() = 0;virtual ~Component(){}
};class Composite : public Component{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(){//1.process current node//...//2.process leaf nodes// 多态递归for (auto &e : elements){e->process();}}
};class Leaf : public Component{string name;
public:Leaf(string s) : name(s) {}void process(){//process current node}
};void invoke(Component & c){//...c.process();//...
}
int main(){Composite root("root");Composite treeNode1("treeNode1");Composite treeNode2("treeNode2" );Composite treeNode3("treeNode3");Composite treeNode4("treeNode4" );Leaf leaf1("left1");Leaf leaf2("left2");root.add(&treeNode1);treeNode1.add(&treeNode2);treeNode2.add(&leaf1);root.add(&treeNode3);treeNode3.add(&treeNode4);treeNode4.add(&left2);//对于根节点、树节点、叶子节点的处理方式具有一致性invoke(root);invoke(treeNode2);invoke(leaf1);
}

要点

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。
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”。
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。

总结

Component模式核心是利用多态性向用户隐藏了对象容器结构，通过提供一致的访问接口使得用户不必在意访问对象内部结构，将其统一处理。

迭代器模式（Iterator）

定义

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。

——《设计模式》GoF

动机

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，我们希望在不暴露其内部结构的同时，可以让外部客户代码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。

结构图

代码

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

要点

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。
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。

总结

GoF这种面向对象的迭代器模式实现方式目前来看对于C++来说已经过时了，但是仍然运用在Java等语言中。STL基于泛型编程的迭代器实现方式性能高于支持虚函数的实现方式，而且实现出来的功能也更加灵活。

责任链模式（China of Resposibilty）

定义

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。

——《设计模式》GoF

动机

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，如果显式指定，将必不可少地带来请求发送者与接受者的紧耦合。
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。

结构图

代码

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
enum class RequestType{REQ_HANDLER1,REQ_HANDLER2,REQ_HANDLER3
};
//请求对象
class Request{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{// !多态指针指向下一个HandlerChainHandler *nextChain;void sendRequestToNextHandler(const Reqest & req){if (nextChain != nultptr)nextChain->handle(req);}
protected:virtual bool canHandleRequest(const Reqest & req) = 0;virtual void processRequest(const Reqest & req) = 0;
public:ChainHandler() { nextChain = nullptr;}// 也可以在构造器中之间指定下一个Handlervoid setNextChain(ChainHandler *next) { nextChain = next;}void handle(const Reqest & req){if (canHandleRequest(req))processRequest(req) ;elsesendReqestToNextHandler(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;
}

要点

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。
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。
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。

总结

职责链模式相当于将多个Handler串成一张链表，让他们依次去处理请求。

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