Java描述设计模式(10)：组合模式

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一、生活场景

1、文件系统

下图是常见的计算机文件系统的一部分。

文件系统是一个树结构，树上长有节点。树的节点有两种:

• 树枝节点

即文件夹，有内部树结构，在图中涂有颜色；

• 树叶节点

另一种是文件，即树叶节点，没有内部树结构。

2、打印文件树结构

public class C01_InScene {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("F:\\tree") ;
        fileTree(file, 0);
    }
    private static void fileTree(File file, int floor) {
        // 判断是否存在
        if (file.exists()) {
            if (floor > 0) {
                // 循环打空格
                for (int i = 0; i < floor; i++) {
                    System.out.print(" ");
                }
            }
            if (file.isDirectory()) {
                System.out.println("+" + file.getName());
                // 列出所有文件及文件夹
                File[] files = file.listFiles();
                if (null != files) {
                    // 循环递归
                    for (File dirFile : files) {
                        fileTree(dirFile, floor + 1);
                    }
                }
            } else {
                System.out.println("-" + file.getName());
            }
        }
    }
}

执行效果：+代表文件夹，-代表文件。

+tree
 +dir1
  +dir2
   -dir2Leaf.txt
  -leaf1.txt
  -leaf2.txt
 -OneLeaf.txt
 -TwoLeaf.txt

3、组合模式描述

组合模式属于对象的结构模式，有时又叫做“部分——整体”模式。组合模式将对象组织到树结构中，可以用来描述整体与部分的关系。组合模式可以使客户端将单纯元素与复合元素同等看待。

二、组合模式-安全式

1、基础概念

安全式的组合模式要求管理聚集的方法只出现在树枝构件类中，而不出现在树叶构件类中。涉及到三个角色：

• 抽象构件(Component)角色

它给组合的对象定义出公共的接口及其默认行为，可以用来管理所有的子对象。组合对象通常把它所包含的子对象当做类型为Component的对象。在安全式的组合模式里，构件角色并不定义出管理子对象的方法，这一定义由树枝构件对象给出。

• 树叶构件(Leaf)角色

树叶对象是没有下级子对象的对象，定义出参加组合的原始对象的行为。

• 树枝构件(Composite)角色

代表参加组合的有下级子对象的对象。树枝构件类给出所有的管理子对象的方法，如add()、remove()以及getChild()。

2、模式图解

3、源代码实现

public class C02_Security_Model {
    public static void main(String[] args) {
        Composite root = new Composite("服装");
        Composite composite1 = new Composite("男装");
        Leaf manCoat = new Leaf("上衣");
        Leaf manBottom = new Leaf("下衣");
        composite1.addChild(manCoat);
        composite1.addChild(manBottom);
        Composite composite2 = new Composite("女装");
        Leaf leaf1 = new Leaf("鞋子");
        Leaf leaf2 = new Leaf("帽子");
        root.addChild(leaf1);
        root.addChild(leaf2);
        root.addChild(composite1);
        root.addChild(composite2);
        root.printStruct("");
    }
}
// 抽象构件角色类
interface Component {
    /*
     * 输出组件自身的名称
     */
    void printStruct(String preStr);
}
// 树枝构件角色类
class Composite implements Component{
    // 用来存储组合对象中包含的子组件对象
    private List<Component> childComponents = new ArrayList<Component>();
    // 输出对象的名称
    private String name;
    // 构造方法，传入组合对象的名字
    public Composite (String name){
        this.name = name;
    }
    /**
     * 聚集管理方法，增加一个子构件对象
     * @param child 子构件对象
     */
    public void addChild(Component child){
        childComponents.add(child);
    }
    /**
     * 聚集管理方法，删除一个子构件对象
     * @param index 子构件对象的下标
     */
    public void removeChild(int index){
        childComponents.remove(index);
    }
    /**
     * 聚集管理方法，返回所有子构件对象
     */
    public List getChild(){
        return childComponents ;
    }
    /**
     * 输出对象的自身结构
     * @param preStr 前缀，主要是按照层级拼接空格，实现向后缩进
     */
    @Override
    public void printStruct(String preStr) {
        //先输出自己
        System.out.println(preStr+"+"+this.name);
        //如果还包含有子组件，那么就输出这些子组件对象
        if (this.childComponents != null){
            //添加两个空格，表示向后缩进两个空格
            preStr = preStr+"  ";
            //输出当前的子对象:使用函数递归的原理
            for (Component c : childComponents) {
                c.printStruct(preStr);
            }
        }
    }
}
class Leaf implements Component{
    // 输出叶子对象的名称
    private String name;
    // 构造方法，传入叶子对象的名称
    public Leaf (String name){
        this.name = name ;
    }
    /**
     * 输出叶子对象的结构，叶子对象没有子对象，也就是输出叶子对象的名字
     * @param preStr 前缀，主要是按照层级拼接的空格，实现向后缩进
     */
    @Override
    public void printStruct(String preStr) {
        System.out.println(preStr+"-"+name);
    }
}

• 输出结果

+服装
  -鞋子
  -帽子
  +男装
    -上衣
    -下衣
  +女装

三、组合模式-透明式

1、概念图解

与安全式的组合模式不同的是，透明式的组合模式要求所有的具体构件类，不论树枝构件还是树叶构件，均符合一个固定接口。

2、源代码实现

public class C03_Transparent_Model {
    public static void main(String[] args) {
        Component1 root = new Composite1("服装");
        Component1 c1 = new Composite1("男装");
        Component1 c2 = new Composite1("女装");
        Component1 leaf1 = new Leaf1("衬衫");
        Component1 leaf2 = new Leaf1("夹克");
        Component1 leaf3 = new Leaf1("裙子");
        Component1 leaf4 = new Leaf1("套装");
        root.addChild(c1);
        root.addChild(c2);
        c1.addChild(leaf1);
        c1.addChild(leaf2);
        c2.addChild(leaf3);
        c2.addChild(leaf4);
        root.printStruct("");
    }
}
abstract class Component1 {
    /**
     * 输出组件自身的名称
     */
    public abstract void printStruct(String preStr);
    // 聚集管理方法，增加一个子构件对象
    public void addChild(Component1 child){
        /**
         * 缺省实现，抛出异常，因为叶子对象没有此功能
         * 或者子组件没有实现这个功能
         */
        throw new UnsupportedOperationException("对象不支持此功能");
    }
    // 聚集管理方法，删除一个子构件对象
    public void removeChild(int index){
        /**
         * 缺省实现，抛出异常，因为叶子对象没有此功能
         * 或者子组件没有实现这个功能
         */
        throw new UnsupportedOperationException("对象不支持此功能");
    }
    // 聚集管理方法，返回所有子构件对象
    public List<Component1> getChild(){
        /**
         * 缺省实现，抛出异常，因为叶子对象没有此功能
         * 或者子组件没有实现这个功能
         */
        throw new UnsupportedOperationException("对象不支持此功能");
    }
}
class Composite1 extends Component1 {
    // 用来存储组合对象中包含的子组件对象
    private List<Component1> childComponents = new ArrayList<Component1>();
    // 输出对象名称
    private String name ;
    public Composite1 (String name){
        this.name = name;
    }
    /**
     * 聚集管理方法，增加一个子构件对象
     * @param child 子构件对象
     */
    public void addChild(Component1 child){
        childComponents.add(child);
    }
    /**
     * 聚集管理方法，删除一个子构件对象
     * @param index 子构件对象的下标
     */
    public void removeChild(int index){
        childComponents.remove(index);
    }
    // 聚集管理方法，返回所有子构件对象
    public List<Component1> getChild(){
        return childComponents ;
    }
    /**
     * 输出对象的自身结构
     * @param preStr 前缀，主要是按照层级拼接空格，实现向后缩进
     */
    @Override
    public void printStruct(String preStr) {
        // 首先输出自己名称
        System.out.println(preStr+"+"+this.name);
        // 如果还包含有子组件，那么就输出这些子组件对象
        preStr = preStr + "  ";
        if (this.childComponents != null) {
            // 添加两个空格,表示向后缩进
            for (Component1 c : childComponents) {
                ////递归输出每个子对象
                c.printStruct(preStr);
            }
        }
    }
}
class Leaf1 extends Component1 {
    private String name;
    public Leaf1 (String name){
        this.name = name;
    }
    /**
     * 输出叶子对象的结构，叶子对象没有子对象，也就是输出叶子对象的名字
     * @param preStr 前缀，主要是按照层级拼接的空格，实现向后缩进
     */
    @Override
    public void printStruct(String preStr) {
        System.out.println(preStr+"-"+name);
    }
}

四、JDK中应用

1、HashMap结构图

2、分层结构

• interface Map
• class AbstractMap implements Map
• HashMap extends AbstractMap implements Map
• interface Map.Entry
• Node implements Map.Entry

3、源代码

• 存储叶子节点

public V put(K var1, V var2) {
    return this.putVal(hash(var1), var1, var2, false, true);
}
final V putVal(int var1, K var2, V var3, boolean var4, boolean var5) {
    HashMap.Node[] var6 = this.table;
    .......
}

• 存储树枝节点

public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> var1) {
    this.putMapEntries(var1, true);
}

五、源代码地址

GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile/model-arithmetic-parent
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile/model-arithmetic-parent