复合模式在C++中的实现与表达式树构建

本实验旨在介绍并实践复合模式（Composite Pattern），并在此基础上构建一个表示表达式树的数据结构。复合模式是一种设计模式，它将对象组合成树形结构以表示部分-整体的层次结构。复合使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性，它允许客户程序以相同的方式处理单独的对象以及对象的组合。 复合模式的核心思想是让组合中的所有对象遵循同一接口。这个接口可以声明用于访问和管理子部件的方法，也可以声明完成某些操作的方法，比如在表达式树中进行计算。在这个实验中，表达式树是用复合模式实现的。 表达式树是一种用于表示表达式的树结构，它允许表达式以树形图的形式展示。在表达式树中，每个非叶节点表示一个操作符，每个叶节点表示一个操作数。表达式树的构建基于运算符的优先级，使得优先级最高的运算符最先被计算，然后是优先级次之的运算符，依此类推。 在给出的例子中，表达式 "3 + 7 * 4 - 2" 需要按照数学中的运算法则，先进行乘法运算 "7 * 4"，然后依次进行加法和减法运算。因此，表达式树的构建将按照这个规则来进行。 实验的初始设置要求两人一组合作，使用测试驱动开发（Test-Driven Development, TDD）的方法来创建表达式树。TDD是一种软件开发方法，它要求开发者首先编写测试用例，然后编写满足测试用例的代码。这种开发模式强调“先写测试再编码”的顺序。 实验中，开发者需要实现以下步骤： 1. 创建表达式树中的节点类（Component）。 2. 实现叶节点类（Leaf），表示操作数。 3. 实现复合节点类（Composite），表示可以包含子节点的复合操作。 4. 实现一个用于构建表达式树的方法，遵循运算符优先级。 5. 使用递归方法对表达式树进行评估。 实验中提到的 "unit_test.cpp" 是包含Google单元测试框架的测试运行程序代码的文件。Google单元测试（通常称为Google Test或gtest）是一个开源的C++测试框架，用于编写和运行测试。这个框架允许开发者编写小型测试单元，对代码进行测试验证。 实验中所提及的 "op_test.h" 可能是一个头文件，包含用于测试操作符重载等的测试用例，或者是操作符测试相关的声明。 整个实验的目标是通过组合单独的组件来构建完整的表达式树，遵循复合模式的规则，以测试驱动的方法确保代码的正确性和可靠性。通过这种方式，可以加深对复合模式的理解，掌握如何构建复杂的层次结构数据模型，并且学会如何进行有效的测试驱动开发。