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组合模式

发表于 更新于 Valine：

在现实生活中，存在很多“部分-整体”的关系，例如，大学中的部门与学院、总公司中的部门与分公司、学习用品中的书与书包、生活用品中的衣月艮与衣柜以及厨房中的锅碗瓢盆等。
在软件开发中也是这样，例如，文件系统中的文件与文件夹、窗体程序中的简单控件与容器控件等。对这些简单对象与复合对象的处理，如果用组合模式来实现会很方便。

组合（Composite）模式的定义：有时又叫作部分-整体模式，它是一种将对象组合成树状的层次结构的模式，用来表示“部分-整体”的关系，使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性。

组合模式的主要优点有：

  • 组合模式使得客户端代码可以一致地处理单个对象和组合对象，无须关心自己处理的是单个对象，还是组合对象，这简化了客户端代码。
  • 更容易在组合体内加入新的对象，客户端不会因为加入了新的对象而更改源代码，满足“开闭原则”。

其主要缺点是：

  • 设计较复杂，客户端需要花更多时间理清类之间的层次关系；
  • 不容易限制容器中的构件；
  • 不容易用继承的方法来增加构件的新功能；

模式的结构#

组合模式包含以下主要角色：

  • 抽象构件（Component）角色：它的主要作用是为树叶构件和树枝构件声明公共接口，并实现它们的默认行为。在透明式的组合模式中抽象构件还声明访问和管理子类的接口；在安全式的组合模式中不声明访问和管理子类的接口，管理工作由树枝构件完成。
  • 树叶构件（Leaf）角色：是组合中的叶节点对象，它没有子节点，用于实现抽象构件角色中 声明的公共接口。
  • 树枝构件（Composite）角色：是组合中的分支节点对象，它有子节点。它实现了抽象构件角色中声明的接口，它的主要作用是存储和管理子部件，通常包含 Add()、Remove()、GetChild() 等方法。

组合模式分为透明式的组合模式和安全式的组合模式。

  • 透明方式：在该方式中，由于抽象构件声明了所有子类中的全部方法，所以客户端无须区别树叶对象和树枝对象，对客户端来说是透明的。但其缺点是：树叶构件本来没有 Add()、Remove() 及 GetChild() 方法，却要实现它们（空实现或抛异常），这样会带来一些安全性问题。其结构图如图所示：

  • 安全方式：在该方式中，将管理子构件的方法移到树枝构件中，抽象构件和树叶构件没有对子对象的管理方法，这样就避免了上一种方式的安全性问题，但由于叶子和分支有不同的接口，客户端在调用时要知道树叶对象和树枝对象的存在，所以失去了透明性。其结构图如图所示：

模式的实现#

假如要访问集合 c0={leaf1,{leaf2,leaf3}} 中的元素，其对应的树状图如图所示：

下面给出透明式的组合模式的实现代码，安全式的组合模式与之类似：

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class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        IComponent c0=new Composite(); 
        IComponent c1=new Composite(); 
        IComponent leaf1=new Leaf("1"); 
        IComponent leaf2=new Leaf("2"); 
        IComponent leaf3=new Leaf("3");          
        c0.Add(leaf1); 
        c0.Add(c1);
        c1.Add(leaf2); 
        c1.Add(leaf3);          
        c0.Operation(); 
        Console.Read();
    }
}


public interface IComponent
{
    void Add(IComponent c);
    void Remove(IComponent c);
    IComponent GetChild(int i);
    void Operation();
}


public class Leaf : IComponent
{
    private String name;
    public Leaf(String name)
    {
        this.name=name;
    }
    public void Add(IComponent c){ }           
    public void Remove(IComponent c){ }   
    public IComponent GetChild(int i)
    {
        return null;
    }   
    public void Operation()
    {
        Console.WriteLine("树叶"+name+"：被访问！"); 
    }
}


public class Composite : IComponent
{
    private List<IComponent> children=new List<IComponent>();   
    public void Add(IComponent c)
    {
        children.Add(c);
    }   
    public void Remove(IComponent c)
    {
        children.Remove(c);
    }   
    public IComponent GetChild(int i)
    {
        return children[i];
    }   
    public void Operation()
    {
        foreach (var obj in children)
    {
    obj.Operation();
    }       
    }    
}

程序运行结果如下：

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树叶1：被访问！
树叶2：被访问！
树叶3：被访问！

前面分析了组合模式的结构与特点，下面分析它适用的以下应用场景：

  • 在需要表示一个对象整体与部分的层次结构的场合。
  • 要求对用户隐藏组合对象与单个对象的不同，用户可以用统一的接口使用组合结构中的所有对象的场合。

如果对前面介绍的组合模式中的树叶节点和树枝节点进行抽象，也就是说树叶节点和树枝节点还有子节点，这时组合模式就扩展成复杂的组合模式了，如 Java AWT/Swing 中的简单组件 JTextComponent 有子类 JTextField、JTextArea，容器组件 Container 也有子类 Window、Panel。复杂的组合模式的结构图如图所示：