聚合

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在上一课中，我们了解到对象组合是从简单对象创建复杂对象的过程。我们还讨论了一种对象组合类型，称为组合。在组合关系中，整体对象负责部分的存在。

在本课中，我们将研究对象组合的另一个子类型：聚合。

聚合

若要符合聚合的条件，整个对象及其部分必须具有以下关系：

部件（成员）是对象（类）的一部分
部件（成员）可以同时属于多个对象（类）
部件（成员）的存在不由对象（类）管理
部件（成员）不知道对象（类）的存在

与组合不同，在聚合中，部件（成员）可以同时属于多个对象（类），并且部件（成员）的存在不由整体对象（类）管理。创建聚合时，聚合不负责创建部件；聚合被销毁时，也不负责销毁部件。

例如，考虑一个人与其家庭住址之间的关系。在这个例子中，为了简单起见，我们假设每个人都有一个地址。然而，一个地址可以同时属于多个人：例如，你和你的室友。同时，该地址并不是由某个人管理的——它可能在某个人搬来之前就已经存在，并且会在这个人离开之后继续存在。此外，一个人知道自己住在什么地址，但地址不知道有哪些人住在那里。因此，这是一种聚合关系。

或者，考虑汽车和发动机。汽车发动机是汽车的一部分。尽管发动机属于汽车，但它也可以属于其他对象，例如拥有汽车的人。汽车不负责发动机的生产或销毁。虽然汽车知道自己有一个发动机（否则它无法行驶），但发动机并不知道自己是汽车的一部分。

在对现实对象建模时，使用术语“已销毁”可能有点冒险。有人可能会说，“如果一颗流星从天而降，压碎了汽车，难道汽车零部件不也都被摧毁吗？”是的，当然。但那是流星的错。重要的一点是，汽车不对其部件的损坏负责。

我们可以说，聚合模型表达的是 “有一个” 关系（一个班级有教师，汽车有发动机）。

与合成类似，聚合的各个部分可以是单数的，也可以是复数的。

实现聚合

聚合与组合类似，因为它们都是部分-整体关系，所以二者的实现方式几乎相同，区别主要体现在语义上。在组合中，我们通常使用普通成员变量（或指针，但分配和释放过程由组合类处理）将部件添加到组合中。

在聚合中，我们同样会将部件添加为成员变量。然而，这些成员变量通常是引用或指针，指向在类作用域之外创建的对象。因此，聚合通常要么将要指向的对象作为构造函数参数传入，要么先初始化为空，然后通过访问函数或操作符添加子对象。因为这些部分存在于类的作用域之外，

所以当类被销毁时，指针或引用成员变量会被销毁（但不会删除实际对象）。因此，部件本身仍然存在。

让我们更详细地看一个教师和班级的例子。在这个例子中，我们会做几个简化：首先，该班级只包含一名教师。其次，老师不知道自己属于哪个班级。

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#include <iostream>
#include <string>
#include <string_view>

class Teacher
{
private:
  std::string m_name{};

public:
  Teacher(std::string_view name)
      : m_name{ name }
  {
  }

  const std::string& getName() const { return m_name; }
};

class Department
{
private:
  const Teacher& m_teacher; // 为了简单示意，这里只有一个教师，可以有多个

public:
  Department(const Teacher& teacher)
      : m_teacher{ teacher }
  {
  }
};

int main()
{
  // 在班级外创建教师 Bob
  Teacher bob{ "Bob" }; // 创建一个教师

  {
    // 创建班级，并用构造函数传递 Bob进去
    Department department{ bob };

  } // department超出作用域，被销毁

  // Bob 仍然有效, 但 department 已被销毁

  std::cout << bob.getName() << " still exists!\n";

  return 0;
}

在这种情况下，bob是独立于department创建的，然后传递给department的构造函数。当department被销毁时，m_teacher引用会被销毁，但bob本身不会被销毁，因此它仍然存在，直到稍后在main()中独立销毁为止。

为您正在建模的内容选择正确的关系

尽管在上面的示例中，教师不知道自己为哪个班级工作似乎有点奇怪，但在给定的程序环境中，这可能是完全合理的。当您决定要实现哪种关系时，请选择能够满足需求的最简单关系，而不是看起来最符合现实生活逻辑的关系。

例如，如果您正在编写汽车组装车间模拟器，您可能希望将汽车和发动机实现为聚合，以便可以卸下发动机，并将其放在某处的架子上，供以后使用。然而，如果您正在编写赛车模拟游戏，您可能希望将汽车和发动机实现为组合，因为在该上下文中，发动机永远不会存在于汽车外部。

最佳实践

实现能够满足程序需求的最简单关系类型，而不是现实生活中看似正确的关系类型。

组合与聚合总结

组合：

通常使用普通成员变量
如果使用指针成员变量，则类自己负责创建和销毁它们
负责部分的创建与销毁

聚合：

通常使用指针和引用成员变量，它们指向的对象在类外部创建和销毁
不负责部分的创建和销毁

值得注意的是，组合和聚合的概念可以在同一个类中自由混合。完全可以编写一个类，让它负责创建/销毁某些部分，而其它部分由外部管理。例如，班级可以有一个名字和一个老师。名字可能会通过组合添加到类中，并随该类一起创建和销毁。另一方面，教师会通过聚合添加到类中，并独立创建/销毁。

虽然聚合可能非常有用，但它们也可能更危险，因为聚合不处理其部分的释放。资源销毁由外部执行。如果外部忘记执行清理，则内存将泄漏。

因此，应优先使用组合而不是聚合。

一些警告

由于各种原因，与组合不同，聚合的定义并不精确——因此您可能会看到其他参考资料对它的定义与我们的定义不同。

还有一个注意事项：在之前学习结构体时，我们将聚合数据类型（如结构体和类）定义为将多个变量组合在一起的数据类型。您还可能在C++学习过程中遇到术语聚合类，它被定义为没有用户提供的构造函数、析构函数或重载赋值运算符的结构体或类，所有成员都是public成员，并且不使用继承——本质上是一个普通的旧数据结构。尽管命名相似，但聚合关系和聚合类是不同的，不应混淆。

std::reference_wrapper

在上面的班级/教师示例中，我们使用班级中的引用来存储教师。如果只有一个教师，这样做很好，但如果一个班级有多个教师怎么办？我们希望将这些教师存储在某种类型的列表中（例如，std::vector），但数组和各种标准库列表不能保存引用（因为列表元素必须是可赋值的，而引用变量无法通过赋值重新指向其它对象）。

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std::vector<const Teacher&> m_teachers{}; // 非法

可以使用指针而不是引用，但这可能会导致传递空指针。在班级/教师示例中，我们不希望遇到空指针。为了解决这个问题，可以使用std::reference_wrapper。

从本质上讲，std::reference_wrapper是一个类似于引用的类，但也允许赋值和复制，因此它与std::vector等列表兼容。

好消息是，使用它并不需要真正了解它是如何工作的。您只需要知道三件事：

std::reference_wrapper 位于 <functional> 头文件
当创建 std::reference_wrapper 包装对象时，它不能是匿名对象（匿名对象的作用域是表达式内部，会导致悬空引用）
当想从 std::reference_wrapper 中取出对象时，可以使用 get() 成员函数

下面是一个在std::vector 使用 std::reference_wrapper 的示例:

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#include <functional> // std::reference_wrapper
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

int main()
{
  std::string tom{ "Tom" };
  std::string berta{ "Berta" };

  std::vector<std::reference_wrapper<std::string>> names{ tom, berta }; // vector中存储的是 reference, 而不是值

  std::string jim{ "Jim" };

  names.emplace_back(jim);

  for (auto name : names)
  {
    // 使用 get() 成员函数获得存储的引用
    name.get() += " Beam";
  }

  std::cout << jim << '\n'; // 打印 Jim Beam

  return 0;
}

要创建const引用的向量，只需将模板参数指定为「const std::string」即可。

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// Vector 中装的是指向 const std::string 的引用
std::vector<std::reference_wrapper<const std::string>> names{ tom, berta };

23.1 对象组合

23.3 关联

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