设计模式学习之组合模式(composite)

Mar 19, 2017


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我还是坚信学以致用是最有效率的学习方式,也继续这样实践下去。今天来实现组合模式,加深看书的印象。组合模式应用的地方有很多,unity是我觉得最彻底的一个应用,什么都是组件,连脚本都是。那么对于一个游戏引擎来说,绘制就是其中的一部分内容,UI上面有Label, Button,Image等等,以及界面Layer,一个非常明显的树形结构。那么怎么样优雅的去设计这个框架会让代码结构清晰,而且容易扩展呢?那就是组合模式,现在用组合模式来实现一个简单的游戏引擎的部分框架。不过,在实际项目中远不止如此简单,像cocos2dx-3.0以后的版本就把渲染部分分离出来了。

意图

“使得单个对象和组合对象的使用具有一致性。”

这是书上的话,那么怎么理解呢?基于要实现的内容,就简单理解为,使用这个引擎的人可以不用区分一个对象是一个Label还是一个Button,以及一个上面既有Label又有Button的Layer对象,都可以直接往场景里Add就好了,至于怎么绘制,使用引擎的人不需要关心。

适用性

  • 你想表示对象的部分-整体层次结构
  • 你希望用户忽略组合对象和单个对象的不同,用户将统一地使用组合结构中的所有对象

结构

结构图: 组合模式结构图

简要说明:

  • Component: 组合中的对象声明接口。
  • Leaf:在组合中表示节点对象,叶节点没有子节点。
  • Composite: 在组合中有子部件的那些部件的行为。
  • Client:外部调用。

实现

c++实现:

#include <iostream>
#include <vector>
#include <unistd.h>
#include <time.h>

using namespace std;

class Node{
public:
		Node(){}
		Node(char* name){_name = name;}
		virtual void Draw(){};
		virtual void Add(Node* child){};
		char* GetName(){return _name;};
private:
		char* _name;
};

class Label: public Node{
public:
		Label(char* name):Node(name){}
		void Draw(){
				cout << "Draw image: " << GetName() << endl;
		}
};

class Sprite: public Node{
public:
		Sprite(char* name):Node(name){}
		void Draw(){
				cout << "Draw Sprite." << GetName() << endl;
		}
};

class Layer: public Node{
public:
		void Add(Node* child){
				_children.push_back(child);
		};

		void Draw(){
				cout << "Draw Layer begin ... " << endl;
				DrawChildren();
				cout << "Draw Layer end. " << endl;
		}
		void DrawChildren(){
				vector<Node*>::iterator it = _children.begin();
				for (; it != _children.end(); ++it)
						(*it)->Draw();
		}

private:

		vector<Node*> _children;
};

class Scene: public Layer{
public:
		void Draw(){
				cout << "Draw Scene begin ... " << endl;
				DrawChildren();
				cout << "Draw Scene end. " << endl;
		}
};

class Director{
public:
		Director(Scene* s){
				_scene = s;
		}

		void Rend(){
				if (_scene)
						_scene->Draw();
		}
private:
		Scene* _scene;
};

int main(){
		const int WAIT_TIME = 2;
		Scene* pScene = new Scene();
		pScene->Add(new Label("Label 1"));
		pScene->Add(new Sprite("Sprite 1"));
		Layer* pLayer = new Layer();
		pLayer->Add(new Label("Label 2 on Layer"));
		pLayer->Add(new Sprite("Sprite 2 on Layer"));
		pScene->Add(pLayer);
		Director director(pScene);
		time_t tLast;
		while(true){
				tLast = time(NULL);
				director.Rend();

				time_t tNow = time(NULL);
				if(tNow - tLast < WAIT_TIME){
						//seconds = 1000 * 1000 micro seconds 
						usleep((WAIT_TIME - tNow + tLast)*1000*1000);
				}
		}
}

结果:

Draw Scene begin ... 
Draw image: Label 1
Draw Sprite.Sprite 1
Draw Layer begin ... 
Draw image: Label 2 on Layer
Draw Sprite.Sprite 2 on Layer
Draw Layer end. 
Draw Scene end. 

总结

  • 组合设计模式中基类既申明了特定对象的一些操作,也声明了组合对象的一些操作;
  • 组合模式描述了如何使用递归组合。组合对象聚合了基类对象,例如结构图中的Composite聚合了Component对象;
  • 在真正项目实现中,细节部分也会有所变化。例如cocos2dx中的Node类(相当于这里的Component接口)不仅定义了组合对象的接口,还实现了只有Composite中才有的列表(_children)和Add、Remove等接口,它的本意是想做到节点在UI上可以互相包含,一个Label可以放在一个Button上,一个Button也可以放在一个Label上。虽然,书中[1]并不建议这样做,说这样对叶子节点会有空间上的浪费,但是对于cocos2dx开发者来说他们觉得利益远远大于弊端,或者说不存在弊端(没有叶节点)那就没有任何问题了。

参考

[1]《设计模式:可复用面向对象软件的基础》