Python实现软件设计模式9：组合模式 Composite Pattern
动机
如何将容器和叶子进行递归组合，使得用户在使用时无须对它们进行区分，可以一致地对待容器和叶子？
典型案例
如：文件系统，在树形目录结构中，包含文件和文件夹两类不同的元素；在文件夹中可以继续包含文件或子文件夹，在文件中不能再包含子文件或者子文件夹。
概念
- 组合多个对象形成树形结构，以表示“部分-整体”的结构层次。组合模型对单个对象（叶子对象）和组合对象（容器对象）的使用具有一致性。
- 是一种对象结构型设计模式。
- 将对象组织到树形结构中，可以用来描述整体与部分的关系。
主要角色
- Component 抽象构件（父类），声明业务方法operation()
- Leaf 叶子构件，继承抽象构件，实现业务方法operation()
- Composite 容器构件，继承抽象构件，可以存储容器内的所有成员，实现业务方法operation()，这一步通常是递归实现容器内元素的业务方法
注意：Composite对象内含一个或多个Component对象（Component对象集合），即Composite对象可以包含任何类型为Component的子类对象（Leaf或Composite）
重要分类
透明组合模式
- 抽象构件Component中声明了所有用于管理成员对象的方法
- 在客户端眼里，Leaf和Composite提供的业务方法是一致的，客户端可以一致地对待所有的对象
- 缺点是不够安全，因为叶子对象和容器对象本质上是有区别的
上图中的Leaf对象中不该包含抽象接口父类中的add、remove方法。
安全组合模式
- 抽象构件Component中不会声明任何用于管理成员对象的方法，而是在容器对象Composite中声明并实现这些方法
- 对于叶子对象Leaf，客户端不可能调用到这些方法
- 缺点是不够透明，客户端不能完全针对抽象编程，必须有区别的对待叶子构件和容器构件
区分
- 透明组合模式中，客户端对叶子节点调用add()或remove()方法时会出现运行异常，比较不安全
- 安全模式就不会出现这样的问题，因为在安全模式中add()或remove()这一类对集合操作的方法都只会出现在容器对象中，叶子对象没有这一类的方法
Python实现
案例：嵌套水果盘
from abc import ABC,abstractclassmethod
class MyElement(ABC):
@abstractclassmethod
def eat(self):
pass
class Apple(MyElement):
def eat(self):
print("吃苹果！")
class Peer(MyElement):
def eat(self):
print("吃梨子！")
class Banana(MyElement):
def eat(self):
print("吃香蕉！")
class Orange(MyElement):
def eat(self):
print("吃橘子！")
class Melon(MyElement):
def eat(self):
print("吃甜瓜！")
class Pineapple(MyElement):
def eat(self):
print("吃菠萝！")
class Strawberry(MyElement):
def eat(self):
print("吃草莓！")
class Grape(MyElement):
def eat(self):
print("吃葡萄！")
class Grapefruit(MyElement):
def eat(self):
print("吃西柚！")
class Pitaya(MyElement):
def eat(self):
print("吃火龙果！")
class Kiwifruit(MyElement):
def eat(self):
print("吃猕猴桃！")
class Cherry(MyElement):
def eat(self):
print("吃樱桃！")
class Litchi(MyElement):
def eat(self):
print("吃荔枝！")
# 盘子，容器构件，包含一个集合
class Plate(MyElement):
def __init__(self):
self.__list = []
def add(self, c : MyElement):
self.__list.append(c)
def remove(self, c : MyElement):
self.__list.remove(c)
def eat(self):
for c in self.__list:
c.eat()
class Client:
def run(self):
f1 = Apple()
f2 = Peer()
p1 = Plate()
p1.add(f1)
p1.add(f2)
f3 = Orange()
f4 = Banana()
p2 = Plate()
p2.add(f3)
p2.add(f4)
f5 = Litchi()
p3 = Plate()
p3.add(p1)
p3.add(p2)
p3.add(f5)
p3.eat()
if __name__ == '__main__':
x = Client()
x.run()
总结
优点
- 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，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
- 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
- 增加新的容器构件和叶子构件都很方便，符合开闭原则
- 为树形结构的面向对象实现提供了一种灵活的解决方案
缺点
- 在增加新构件时很难对容器中的构件类型进行限制
使用场景
- 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他们
- 采用面向对象的编程语言来处理树形结构
- 分离叶子和容器对象，类型不固定，抽象接口固定、叶子的类型可轻松扩展
