树形结构的处理——组合模式

11.2 组合模式概述

对于树形结构，当容器对象（如文件夹）的某一个方法被调用时，将遍历整个树形结构，寻找也包含这个方法的成员对象（可以是容器对象，也可以是叶子对象）并调用执行，牵一而动百，其中使用了递归调用的机制来对整个结构进行处理。由于容器对象和叶子对象在功能上的区别，在使用这些对象的代码中必须有区别地对待容器对象和叶子对象，而实际上大多数情况下我们希望一致地处理它们，因为对于这些对象的区别对待将会使得程序非常复杂。组合模式为解决此类问题而诞生，它可以让叶子对象和容器对象的使用具有一致性。

组合模式结构如图11-3所示：

图11-3 组合模式结构图

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。

对于组合模式中的抽象构件角色，其典型代码如下所示：

abstract class Component {  
    public abstract void add(Component c); //增加成员  
    public abstract void remove(Component c); //删除成员  
    public abstract Component getChild(int i); //获取成员  
    public abstract void operation();  //业务方法  
}

如果继承抽象构件的是叶子构件，则其典型代码如下所示：

 

class Leaf extends Component {  
    public void add(Component c) {   
        //异常处理或错误提示   
    }     

    public void remove(Component c) {   
        //异常处理或错误提示   
    }  

    public Component getChild(int i) {   
        //异常处理或错误提示  
        return null;   
    }  

    public void operation() {  
        //叶子构件具体业务方法的实现  
    }   
}

如果继承抽象构件的是容器构件，则其典型代码如下所示：

class Composite extends Component {  
    private ArrayList<Component> list = new ArrayList<Component>();  

    public void add(Component c) {  
        list.add(c);  
    }  

    public void remove(Component c) {  
        list.remove(c);  
    }  

    public Component getChild(int i) {  
        return (Component)list.get(i);  
    }  

    public void operation() {  
        //容器构件具体业务方法的实现  
        //递归调用成员构件的业务方法  
        for(Object obj:list) {  
            ((Component)obj).operation();  
        }  
    }     
}

note:

在实现具体业务方法时，由于容器构件充当的是容器角色而非叶子，包含成员构件，因此它将调用其成员构件的业务方法。

思考：在组合模式结构图中，如果聚合关联关系不是从Composite到Component的，而是从Composite到Leaf的，如图11-4所示，会产生怎样的结果？

个人答： 

1.聚合关联关系改为从构件到叶子，说明构件只能包含叶子节点不能够包含其他构件了。

2.代码的实现上如果简单处理的话，在在容器类中添加一个判断是否属于自己合格子节点的方法交由构件自己实现。

为了让系统具有更好的灵活性和可扩展性，客户端可以一致地对待文件和文件夹，公司开发人员使用组合模式来进行杀毒软件的框架设计，其基本结构如图11-5所示：

图11-5 杀毒软件框架设计结构图

 

在图11-5中， AbstractFile充当抽象构件类，Folder充当容器构件类，ImageFile、TextFile和VideoFile充当叶子构件类。完整代码如下所示：

抽象构件：

abstract class AbstractFile {  
    public abstract void add(AbstractFile file);  
    public abstract void remove(AbstractFile file);  
    public abstract AbstractFile getChild(int i);  
    public abstract void killVirus();  
}  

叶子构件：以文本为例

//文本文件类：叶子构件  
class TextFile extends AbstractFile {  
    private String name;  

    public TextFile(String name) {  
        this.name = name;  
    }  

    public void add(AbstractFile file) {  
       System.out.println("对不起，不支持该方法！");  
    }  

    public void remove(AbstractFile file) {  
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");  
    }  

    public AbstractFile getChild(int i) {  
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");  
        return null;  
    }  

    public void killVirus() {  
        //模拟杀毒  
        System.out.println("----对文本文件'" + name + "'进行杀毒");  
    }  
}  

容器构件；

class Folder extends AbstractFile {  
    //定义集合fileList，用于存储AbstractFile类型的成员  
    private ArrayList<AbstractFile> fileList=new ArrayList<AbstractFile>();  
    private String name;  

    public Folder(String name) {  
        this.name = name;  
    }  

    public void add(AbstractFile file) {  
       fileList.add(file);    
    }  

    public void remove(AbstractFile file) {  
        fileList.remove(file);  
    }  

    public AbstractFile getChild(int i) {  
        return (AbstractFile)fileList.get(i);  
    }  

    public void killVirus() {  
        System.out.println("****对文件夹'" + name + "'进行杀毒");  //模拟杀毒  

        //递归调用成员构件的killVirus()方法  
        for(Object obj : fileList) {  
            ((AbstractFile)obj).killVirus();  
        }  
    }  
}

11.4 透明组合模式与安全组合模式

 在使用组合模式时，根据抽象构件类的定义形式，我们可将组合模式分为透明组合模式和安全组合模式两种形式：

(1) 透明组合模式

透明组合模式中，抽象构件Component中声明了所有用于管理成员对象的方法，包括add()、remove()以及getChild()等方法，这样做的好处是确保所有的构件类都有相同的接口。在客户端看来，叶子对象与容器对象所提供的方法是一致的，客户端可以相同地对待所有的对象。透明组合模式的完整结构如图11-6所示：

 

 

图11-6 透明组合模式结构图

透明组合模式的缺点是不够安全，因为叶子对象和容器对象在本质上是有区别的。叶子对象不可能有下一个层次的对象，即不可能包含成员对象，因此为其提供add()、remove()以及getChild()等方法是没有意义的，这在编译阶段不会出错，但在运行阶段如果调用这些方法可能会出错（如果没有提供相应的错误处理代码）。

(2) 安全组合模式

 安全组合模式中，在抽象构件Component中没有声明任何用于管理成员对象的方法，而是在Composite类中声明并实现这些方法。

 安全组合模式的结构如图11-7所示：

 

图11-7 安全组合模式结构图