組合模式（Composite）

1.1.1 摘要在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們經(jīng)常會(huì)遇到整體和部分的設(shè)計(jì)問(wèn)題，例如為一家架構(gòu)完善的公司設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該更加注重這種整體和部分的關(guān)系（總部和分部的關(guān)系），這就是我們今天要介...

1.1.1 摘要

在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們經(jīng)常會(huì)遇到整體和部分的設(shè)計(jì)問(wèn)題，例如為一家架構(gòu)完善的公司設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該更加注重這種整體和部分的關(guān)系（總部和分部的關(guān)系），這就是我們今天要介紹的組合模式（Composite）。

組合模式（Composite）把對(duì)象構(gòu)造成為一棵對(duì)象樹，現(xiàn)在讓我們簡(jiǎn)短回憶一下樹的定義。

樹是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是由n（n>=1）個(gè)有限結(jié)點(diǎn)組成一個(gè)具有層次關(guān)系的集合。把它叫做“樹”是因?yàn)樗雌饋?lái)像一棵倒掛的樹，也就是說(shuō)它是根朝上，而葉朝下的。它具有以下的特點(diǎn)：

每個(gè)結(jié)點(diǎn)有零個(gè)或多個(gè)子結(jié)點(diǎn)；

每一個(gè)子結(jié)點(diǎn)只有一個(gè)父結(jié)點(diǎn)；

沒(méi)有前驅(qū)的結(jié)點(diǎn)為根結(jié)點(diǎn)；

除了根結(jié)點(diǎn)外，每個(gè)子結(jié)點(diǎn)可以分為m個(gè)不相交的子樹（參考維基百科）；

使用頻率： medium high

定義

組合模式（Composite）,將對(duì)象組合成樹形結(jié)構(gòu)以表示‘部分-整體’的層次關(guān)系（樹狀結(jié)構(gòu)）。組合模式使得用戶對(duì)單個(gè)對(duì)象和組合對(duì)象使用具有一致性。

意圖

希望用戶可以忽略單個(gè)對(duì)象和組合對(duì)象的區(qū)別，統(tǒng)一使用組合結(jié)構(gòu)中的所有對(duì)象（封裝變化的思想）。

結(jié)構(gòu)圖

圖1組合模式（Composite）結(jié)構(gòu)圖

參與者

Component

它是一個(gè)抽象角色，為對(duì)象的組合提供統(tǒng)一的接口。

為其派生類提供默認(rèn)的行為。

通過(guò)該接口來(lái)訪問(wèn)和管理Child Components（節(jié)點(diǎn)后繼）。

通過(guò)該接口來(lái)訪問(wèn)Parent Components（節(jié)點(diǎn)前驅(qū)）。

Leaf

代表參加組合的葉子對(duì)象（葉子沒(méi)有后繼）。

定義組成原始對(duì)象的行為。

Composite

定義非葉子對(duì)象的行為。

實(shí)現(xiàn)Component中的孩子操作行為（如：Add()，Remove() 等）。

1.1.2 正文

在我們學(xué)習(xí)組合模式（Composite）之前，讓我們先講解一下透明方式和安全方式。

透明方式：在Component中聲明所有用來(lái)管理子對(duì)象的方法，如Add()方法，Remove()方法及GetChild()方法，所有實(shí)現(xiàn)Component接口的子類都具備這些方法，這使得Component和子類具備一致的行為接口，使得對(duì)客戶端無(wú)需區(qū)別樹葉和樹枝對(duì)象。

大家可以回憶一下代理模式（Proxy）中，Proxy，RealSubject類和Subject接口具備一致的行為接口，從而使得被代理者對(duì)于客戶端是透明的。

正由于我們的Composite和Leaf都具備一致的接口行為，但我們知道Leaf不應(yīng)該具有Add()，Remove()及GetChild()方法，因?yàn)槲覀內(nèi)~子節(jié)點(diǎn)不能再添加和移除節(jié)點(diǎn)了。

安全模式：在透明模式基礎(chǔ)上把Component中聲明所有用來(lái)管理子對(duì)象的方法移到Composite中，在Composite實(shí)現(xiàn)子對(duì)象的管理方法，那么Leaf就沒(méi)有子對(duì)象管理方法，這使得Composite和Leaf的行為接口不一致，所以客戶端在調(diào)用時(shí)要知道樹葉和樹枝對(duì)象存在。

圖2透明方式的組合模式（Composite）結(jié)構(gòu)圖

圖3安全方式的組合模式（Composite）結(jié)構(gòu)圖

通過(guò)前面的介紹我們知道透明和安全方式組合模式（Composite）的區(qū)別在于是否在抽象接口Component中定義子對(duì)象的管理行為。現(xiàn)在讓我們完成透明方式的組合模式（Composite）。

以下示例代碼演示透明方式的組合模式代碼：

首先我們定義一個(gè)抽象類Componet，在其中聲明Add(),Remove()和Display()等子對(duì)象操作發(fā)法及初始化字段name的公共行為。

/// <summary>
/// The Component acts as abstract class.
/// </summary>
public abstract class Component
{
    protected string name;


    public Component()
    {
    }


    public Component(string name)
    {
        this.name = name;
    }

    #region Methods

    public abstract Component Add(Component obj);
    public abstract void Remove(Component obj);
    public abstract void Display(int depth);

    #endregion

}

接著我們定義Composite類繼承于Component，增加_children保存Component對(duì)象的引用，從而建立起由Component到Composite的聚集關(guān)系（Has-a關(guān)系），并且實(shí)現(xiàn)Component抽象類中的抽象方法。

/// <summary>
/// The Composite acts as branch.
/// </summary>
public class Composite : Component
{
    private IList<Component> _childen = new List<Component>();


    public Composite()
    {
    }

    public Composite(string name)
        : base(name)
    {
    }


    /// <summary>
    /// Adds the branch or leaf obj.
    /// </summary>
    /// <param name="obj">The obj.</param>
    /// <returns></returns>
    public override Component Add(Component obj)
    {
        this._childen.Add(obj);
        return obj;
    }


    /// <summary>
    /// Removes the branch or leaf obj.
    /// </summary>
    /// <param name="obj">The obj.</param>
    public override void Remove(Component obj)
    {
        this._childen.Remove(obj);
    }


    /// <summary>
    /// Displays the tree's depth.
    /// </summary>
    /// <param name="depth">The depth.</param>
    public override void Display(int depth)
    {
        StringBuilder depthBuilder = new StringBuilder(new String('-', depth) + name);
        Console.WriteLine(depthBuilder);

        foreach (Component child in _childen)
        {
            child.Display(depth + 1);
        }
    }

}

最后我們定義Leaf類它也是繼承于Component，在其中我們實(shí)現(xiàn)Component定義的行為接口，這使得Composite和Leaf類具有統(tǒng)一的接口行為，但我們并沒(méi)有在Leaf的行為方法中給出具體的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槿~子節(jié)點(diǎn)并沒(méi)有后繼，所以沒(méi)有必要實(shí)現(xiàn)Add()和Remove()等行為。

/// <summary>
/// The "Leaf" acts as Leaf.
/// </summary>
public class Leaf : Component
{

    public Leaf(string name)
        : base(name)
    {
    }


    public Leaf()
    {
    }


    /// <summary>
    /// Adds the branch or leaf obj.
    /// </summary>
    /// <param name="obj">The obj.</param>
    /// <returns></returns>
    public override Component Add(Component obj)
    {
        throw new NotSupportedException();
    }


    /// <summary>
    /// Removes the branch or leaf obj.
    /// </summary>
    /// <param name="obj">The obj.</param>
    public override void Remove(Component obj)
    {
        throw new NotSupportedException();
    }


    /// <summary>
    /// Displays the tree's depth.
    /// </summary>
    /// <param name="depth">The depth.</param>
    public override void Display(int depth)
    {
        StringBuilder depthBuilder = new StringBuilder(new String('-', depth) + name);
        Console.WriteLine(depthBuilder);
    }
}

我們定義一個(gè)工廠方法來(lái)創(chuàng)建Composite和Leaf對(duì)象，大家可以注意到在創(chuàng)建一個(gè)Component對(duì)象之后，我們調(diào)用子對(duì)象管理方法時(shí)，并不需要判斷當(dāng)前對(duì)象是由Composite類，還是有Leaf類創(chuàng)建得來(lái)，這就是透明方式的組合模式（Composite）。

public class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Client client = new Client();
        Component component = client.Get("root");
        Component componentA = component.Add(new Composite("BranchA"));
        componentA.Add(new Leaf("LeafA"));
        componentA.Add(new Leaf("LeafB"));
        Component componentB = component.Add(new Composite("BranchB"));

        component.Display(1);

        Console.ReadKey();
    }
}

圖4輸出結(jié)果

前面例子給出了透明方式組合模式（Composite）的實(shí)現(xiàn)，我們?cè)贑omponent中聲明了Add() 和Remove()操作子對(duì)象方法，使得Composite和Leaf類具備一致的行為接口，客戶端可以正常調(diào)用Composite中的操作子對(duì)象方法，但如果客戶端嘗試調(diào)用Leaf中操作子對(duì)象方法時(shí)會(huì)拋出異常，因?yàn)槿~子節(jié)點(diǎn)沒(méi)有后繼節(jié)點(diǎn)了，假設(shè)我們要實(shí)現(xiàn)安全方式組合模式（Composite）客戶端在調(diào)用操作子對(duì)象方法時(shí)，需要判斷當(dāng)前對(duì)象是葉子節(jié)點(diǎn)或枝節(jié)點(diǎn)。

Component component = client.Get("root");

if (component is Composite)
{
    //// Implemention code.
}

接下來(lái)讓我們通過(guò)繪圖程序?qū)嵗榻B安全方式的組合模式（Composite）的實(shí)現(xiàn)，首先我們定義一個(gè)抽象類DrawingProgramm，其角色為Component，然后再添加三個(gè)子類Shape，Triangle和Circle，它們的角色分別為：Composite，Leaf和Leaf。

現(xiàn)在把子對(duì)象的管理方法都移到Shape類中，所以對(duì)客戶端來(lái)說(shuō)調(diào)用子對(duì)象時(shí)，它了解Shape、Triangle和Circle直接的區(qū)別。

以下示例代碼演示安全方式的組合模式代碼：

首先我們定義一個(gè)抽象類DrawingProgramming（即Componet），在其中聲明Draw()及初始化字段_name的公共行為。

/// <summary>
/// The "DrawingProgramming" class acts as component.
/// </summary>
public abstract class DrawingProgramming
{
    protected string _name;
    public abstract void Draw();

    public DrawingProgramming(string name)
    {
        this._name = name;
    }
}

接著我們定義Shape類繼承于DrawingProgramming，增加_children保存DrawingProgramming對(duì)象的引用，也是建立起由DrawingProgramming到Shape的聚集關(guān)系（Has-a關(guān)系），大家要注意到安全方式的組合模式（Composite）對(duì)子對(duì)象的管理方法都移到Shape類（即Composite）中，使得Leaf和Composite的行為接口不一致。

/// <summary>
/// The "Shape" class acts as composite.
/// </summary>
public class Shape : DrawingProgramming
{

    IList<DrawingProgramming> _children = new List<DrawingProgramming>();


    public Shape(string name)
        : base(name)
    {
    }

    #region DrawingProgramming 成員

    public override void Draw()
    {
        StringBuilder depthBuilder = new StringBuilder(_name);
        Console.WriteLine(depthBuilder);
        foreach (DrawingProgramming child in _children)
        {
            child.Draw();
        }
    }

    #endregion

    #region Methods

    public void Add(DrawingProgramming dp)
    {
        _children.Add(dp);
    }

    public void Remove(DrawingProgramming dp)
    {
        _children.Remove(dp);
    }

    #endregion
}

最后我們定義Triangle和Circle類它也是繼承于DrawingProgramming，在其中我們實(shí)現(xiàn)DrawingProgramming定義的Draw()行為，這使得Composite和Leaf類具有不一致的接口行為，這樣我們可以避免在Leaf中實(shí)現(xiàn)沒(méi)有必要地接口，從而使得我們?cè)O(shè)計(jì)符合SRP原則（對(duì)象職責(zé)單一原則）。

/// <summary>
/// The "Triangle" class acts as leaf.
/// </summary>
public class Triangle : DrawingProgramming
{

    public Triangle(string name)
        : base(name)
    {
    }

    #region DrawingProgramming 成員

    public override void Draw()
    {
        StringBuilder depthBuilder = new StringBuilder(_name);
        Console.WriteLine(depthBuilder);
    }

    #endregion
}


/// <summary>
/// The "Circle" class acts as leaf.
/// </summary>
public class Circle : DrawingProgramming
{
    public Circle(string name)
        : base(name)
    {

    }

    #region DrawingProgramming 成員

    public override void Draw()
    {
        StringBuilder depthBuilder = new StringBuilder(_name);
        Console.WriteLine(depthBuilder);
    }

    #endregion
}

大家注意到在我們給出的例子中，我們都是把對(duì)象一個(gè)接一個(gè)的鏈接起來(lái)，值就是像是一條對(duì)象鏈，不禁讓人想起裝飾者模式（Decorator）中的裝飾對(duì)象鏈。

組合模式（Composite）和裝飾者模式（Decorator）的關(guān)系

圖5 Decorator中的Composite

通過(guò)上圖我們可以發(fā)現(xiàn)，裝飾者模式（Decorator）是通過(guò)組合模式（Composite）來(lái)構(gòu)建起一棵對(duì)象樹，然后通過(guò)裝飾者的子類來(lái)擴(kuò)展裝飾者（即Composite）的行為，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)具體組件裝飾行為（即Leaf）。

1.1.3 總結(jié)

1．組合模式（Composite）采用樹形層次結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)象容器，如：繪圖程序例子我們把各種各樣的圖形添加的Shape中，從而構(gòu)造起一條對(duì)象鏈，把“一對(duì)多”的關(guān)系轉(zhuǎn)化“一對(duì)一”的層次關(guān)系，使得客戶代碼可以一致地處理對(duì)象和對(duì)象容器，無(wú)需關(guān)心處理的是單個(gè)的對(duì)象，還是組合的對(duì)象容器。

2．組合模式（Composite）中，透明方式和安全方式的使用抉擇，雖然透明方式有可能違背面向?qū)ο蟮腟RP原則（單一職責(zé)），而安全方式?jīng)]有很好的封裝變化，但在實(shí)際開發(fā)時(shí)我們要根據(jù)具體的情況權(quán)衡利弊。

posted @ 2011-07-10 14:53 JK_Rush 閱讀(4265) 評(píng)論(4) 收藏舉報(bào)

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組合模式（Composite）

1.1.1 摘要

1.1.2 正文

1.1.3 總結(jié)

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