结构型模式 - 组合模式Composite Pattern

学习而来，代码是自己敲的。也有些自己的理解在里边，有问题希望大家指出。

组合模式的定义与特点

 组合（Composite Pattern）模式的定义：有时又叫作整体-部分（Part-Whole）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“整体-部分”的关系，使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性，属于结构型设计模式。

组合模式一般用来描述整体与部分的关系，它将对象组织到树形结构中，顶层的节点被称为根节点，根节点下面可以包含树枝节点和叶子节点，树枝节点下面又可以包含树枝节点和叶子节点，树形结构图如下。

组合模式示意图

由上图可以看出，其实根节点和树枝节点本质上属于同一种数据类型，可以作为容器使用；而叶子节点与树枝节点在语义上不属于用一种类型。但是在组合模式中，会把树枝节点和叶子节点看作属于同一种数据类型（用统一接口定义），让它们具备一致行为。

这样，在组合模式中，整个树形结构中的对象都属于同一种类型，带来的好处就是用户不需要辨别是树枝节点还是叶子节点，可以直接进行操作，给用户的使用带来极大的便利。

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；

组合模式的结构与实现

组合模式的结构不是很复杂，下面对它的结构和实现进行分析。

1. 模式的结构

组合模式包含以下主要角色。

1. 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。（总的抽象类或接口，定义一些通用的方法，比如新增、删除）
2. 树叶构件（Leaf）角色：是组合中的叶节点对象，它没有子节点，用于继承或实现抽象构件。
3. 树枝构件（Composite）角色 / 中间构件：是组合中的分支节点对象，它有子节点，用于继承和实现抽象构件。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。

(1) 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 1 所示。

图1  透明式的组合模式的结构图

(2) 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 2 所示。

图2    安全式的组合模式的结构图​​​​

2. 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 3 所示。

案例

代码样例

using DesignPattern.CompositePattern;
using System;

namespace DesignPattern
{
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            CompositeHelper();
        }

        #region Pattern - Composite
        static void CompositeHelper()
        {
            Composite _root = new TreeLimb("小三门目录");

            Composite art = new TreeLimb("美术");
            Composite sports = new TreeLimb("体育");
            Composite music = new TreeLimb("音乐");
            _root.Add(art);
            _root.Add(sports);
            _root.Add(music);

            Composite painting = new TreeLimb("油画类");
            art.Add(painting);

            Composite running = new TreeLimb("跑步类");
            Composite swimming = new TreeLimb("游泳类");
            sports.Add(running);
            sports.Add(swimming);

            Composite soprano = new TreeLimb("高音类");
            Composite opera = new TreeLimb("戏曲类");
            Composite bass = new TreeLimb("低音类");
            music.Add(soprano);
            music.Add(opera);
            music.Add(bass);

            Composite painting1 = new Leaf("油画精选1");
            Composite painting2 = new Leaf("油画精选2");
            painting.Add(painting1);
            painting.Add(painting2);

            Composite opera1 = new TreeLimb("戏曲选集1");
            Composite opera2 = new TreeLimb("戏曲选集2");
            Composite opera3 = new TreeLimb("戏曲选集3");
            opera.Add(opera1);
            opera.Add(opera2);
            opera.Add(opera3);
            opera.Remove(opera2);

            Composite swimming1 = new Leaf("花样游泳");
            Composite swimming2 = new Leaf("200m游泳");
            Composite swimming3 = new Leaf("800m接力游泳");
            Composite swimming4 = new Leaf("1600m接力游泳");
            swimming.Add(swimming1);
            swimming.Add(swimming2);
            swimming.Add(swimming3);
            swimming.Add(swimming4);

            _root.Depth(0);
            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine("文章数：" + _root.ShowCount());

            Console.ReadLine();
        }
        #endregion
    }
}

//======================================================================================
using System;
using System.Collections.Generic;
namespace DesignPattern.CompositePattern
{
    /// <summary>
    /// 抽象合成类
    /// </summary>
    public abstract class Composite
    {
        /// <summary>
        /// 组件名
        /// </summary>
        public string Name;
        public Composite(string name)
        {
            Name = name;
        }

        /// <summary>
        /// 增加子节点
        /// </summary>
        public abstract void Add(Composite composite);

        /// <summary>
        /// 删除子节点
        /// </summary>
        public abstract void Remove(Composite composite);

        /// <summary>
        /// 返回最终子节点数量
        /// </summary>
        public abstract int ShowCount();

        /// <summary>
        /// 节点展示深度
        /// </summary>
        /// <param name="depth"> - 的数量</param>
        public abstract void Depth(int depth);
    }

    /// <summary>
    /// 枝干节点
    /// </summary>
    public class TreeLimb : Composite
    {
        private List<Composite> m_Composite = new List<Composite>();

        public TreeLimb(string name) : base(name)
        {
            Name = name;
        }
        public override void Add(Composite component)
        {
            m_Composite.Add(component);
        }

        public override void Depth(int depth)
        {
            Console.WriteLine(new string('-', depth * 2) + Name);
            foreach (Composite item in m_Composite)
            {
                item.Depth(depth + 1);
            }
        }

        public override void Remove(Composite component)
        {
            m_Composite.Remove(component);
        }

        public override int ShowCount()
        {
            int count = 0;
            foreach (var item in m_Composite)
            {
                count += item.ShowCount();
            }
            return count;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 子节点
    /// </summary>
    public class Leaf : Composite
    {
        public Leaf(string name) : base(name)
        {
            Name = name;
        }
        public override void Add(Composite composite)
        {
            throw new InvalidOperationException("叶子节点不能添加元素");
        }

        public override void Depth(int depth)
        {
            Console.WriteLine(new string('-', depth * 2) + Name);
        }

        public override void Remove(Composite composite)
        {
            throw new InvalidOperationException("叶子节点不能删除元素");
        }

        public override int ShowCount()
        {
            return 1;
        }
    }
}

运行结果：

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希望大家：点赞，留言，关注咯~

唠家常

今日分享结束啦，小伙伴们你们get到了么，你们有没有更好的办法呢，可以评论区留言分享，也可以加我QQ：841298494，大家一起进步。

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