【设计模式】十九、组合模式

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定义-是什么

组合模式(Composite Pattern)也称为整体-部分(Part-Whole)模式,它的宗旨是通过将单个对象(叶子节点)和组合对象(树枝节点)用相同的接口进行表示,使得客户对单个对象和组合对象的使用具有一致性,属于结构型模式。

组合模式结构如下图:

在组合模式结构图中包含如下几个角色:

● Component(抽象构件):它可以是接口或抽象类,为叶子构件和容器构件对象声明接口,在该角色中可以包含所有子类共有行为的声明和实现。在抽象构件中定义了访问及管理它的子构件的方法,如增加子构件、删除子构件、获取子构件等。

● Leaf(叶子构件):它在组合结构中表示叶子节点对象,叶子节点没有子节点,它实现了在抽象构件中定义的行为。对于那些访问及管理子构件的方法,可以通过异常等方式进行处理。

● Composite(容器构件):它在组合结构中表示容器节点对象,容器节点包含子节点,其子节点可以是叶子节点,也可以是容器节点,它提供一个集合用于存储子节点,实现了在抽象构件中定义的行为,包括那些访问及管理子构件的方法,在其业务方法中可以递归调用其子节点的业务方法。

组合模式的关键是定义了一个抽象构件类,它既可以代表叶子,又可以代表容器,而客户端针对该抽象构件类进行编程,无须知道它到底表示的是叶子还是容器,可以对其进行统一处理。同时容器对象与抽象构件类之间还建立一个聚合关联关系,在容器对象中既可以包含叶子,也可以包含容器,以此实现递归组合,形成一个树形结构。

如果不使用组合模式,客户端代码将过多地依赖于容器对象复杂的内部实现结构,容器对象内部实现结构的变化将引起客户代码的频繁变化,带来了代码维护复杂、可扩展性差等弊端。组合模式的引入将在一定程度上解决这些问题。

思考-为什么

主要优点

  1. 组合模式可以清楚地定义分层次的复杂对象,表示对象的全部或部分层次,它让客户端忽略了层次的差异,方便对整个层次结构进行控制。
  2. 客户端可以一致地使用一个组合结构或其中单个对象,不必关心处理的是单个对象还是整个组合结构,简化了客户端代码。
  3. 在组合模式中增加新的容器构件和叶子构件都很方便,无须对现有类库进行任何修改,符合“开闭原则”。
  4. 组合模式为树形结构的面向对象实现提供了一种灵活的解决方案,通过叶子对象和容器对象的递归组合,可以形成复杂的树形结构,但对树形结构的控制却非常简单。

主要缺点

在增加新构件时很难对容器中的构件类型进行限制。有时候我们希望一个容器中只能有某些特定类型的对象,例如在某个文件夹中只能包含文本文件,使用组合模式时,不能依赖类型系统来施加这些约束,因为它们都来自于相同的抽象层,在这种情况下,必须通过在运行时进行类型检查来实现,这个实现过程较为复杂。

适用场景

在以下情况下可以考虑使用组合模式:

  1. 在具有整体和部分的层次结构中,希望通过一种方式忽略整体与部分的差异,客户端可以一致地对待它们。
  2. 在一个使用面向对象语言开发的系统中需要处理一个树形结构。
  3. 在一个系统中能够分离出叶子对象和容器对象,而且它们的类型不固定,需要增加一些新的类型。

应用-怎么用

实现方式

  1. 确保应用的核心模型能够以树状结构表示。尝试将其分解为简单元素和容器。记住,容器必须能够同时包含简单元素和其他容器。
  2. 声明组件接口及其一系列方法,这些方法对简单和复杂元素都有意义。
  3. 创建一个叶节点类表示简单元素。 程序中可以有多个不同的叶节点类。
  4. 创建一个容器类表示复杂元素。 在该类中,创建一个数组成员变量来存储对于其子元素的引用。 该数组必须能够同时保存叶节点和容器,因此请确保将其声明为组合接口类型。实现组件接口方法时, 记住容器应该将大部分工作交给其子元素来完成。
  5. 最后,在容器中定义添加和删除子元素的方法。记住,这些操作可在组件接口中声明。 这将会违反接口隔离原则,因为叶节点类中的这些方法为空。 但是,这可以让客户端无差别地访问所有元素,即使是组成树状结构的元素。

参考

组合模式-Composite Pattern

组合设计模式

设计模式-组合模式学习之旅 - 掘金