10、设计模式-结构型模式-组合模式

组合模式

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。

 

定义：

组合多个对象形成树形结构以表示具有“整体—部分”关系的层次结构。

组合模式对单个对象（即叶子对象）和组合对象（即容器对象）的使用具有一致
性，组合模式又可以称为“整体—部分”(Part-Whole)模式，它是一种对象结构型模式。

 

在组合模式中引入了抽象构件类Component，它是所有容器类和叶子类的公共父类，客户端针
对Component进行编程。

 

图解：

 

 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

 

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。

 

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
}

一般将抽象构件类设计为接口或抽象类，将所有子类共有方法的声明和实现放在抽象构件类
中。对于客户端而言，将针对抽象构件编程，而无须关心其具体子类是容器构件还是叶子构件。

 

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
　　}
}

 

作为抽象构件类的子类，在叶子构件中需要实现在抽象构件类中声明的所有方法，包括业务
方法以及管理和访问子构件的方法，但是叶子构件不能再包含子构件，因此在叶子构件中实
现子构件管理和访问方法时需要提供异常处理或错误提示。

 

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();
　　　　}
　　}
}

在容器构件中实现了在抽象构件中声明的所有方法，既包括业务方法，也包括用于访问和管
理成员子构件的方法，如add()、remove()和getChild()等方法。

 

需要注意的是在实现具体业务方法时，由于容器构件充当的是容器角色，包含成员构件

因此它将调用其成员构件的业务方法。

 

在组合模式结构中，由于容器构件中仍然可以包含容器构件，因此在对容器构件进行处
理时需要使用递归算法，即在容器构件的operation()方法中递归调用其成员构件的operation()方法。

 

事例：

文件夹存储文件

//抽象构建：抽象文件类
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：图像文件类
public class ImageFile extends AbstractFile {

    String name;

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

    @Override
    public void add(AbstractFile file) {
        System.out.println("叶子节点没有此方法");
    }

    @Override
    public void remove(AbstractFile file) {
        System.out.println("叶子节点没有此方法");
    }

    @Override
    public AbstractFile getChild(int i) {
        System.out.println("叶子节点没有此方法");
        return null;
    }

    @Override
    public void killVirus() {
        System.out.println("----对图片文件'" + name + "'进行杀毒");
    }
}

//叶子构件：文本文件
public class TextFile extends AbstractFile {

    String name;

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

    @Override
    public void add(AbstractFile file) {
        System.out.println("叶子节点没有此方法");
    }

    @Override
    public void remove(AbstractFile file) {
        System.out.println("叶子节点没有此方法");
    }

    @Override
    public AbstractFile getChild(int i) {
        System.out.println("叶子节点没有此方法");
        return null;
    }

    @Override
    public void killVirus() {
        System.out.println("----对文件'" + name + "'进行杀毒");
    }
}

//容器构建：文件夹
public 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<>();
    String name;

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

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

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

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

    @Override
    public void killVirus() {
        System.out.println("****对文件夹:" + name + "进行杀毒"); //模拟杀毒
        //递归调用成员的killVirus()方法
        for (Object obj : fileList){
            ((AbstractFile)obj).killVirus();
        }
    }
}

public class client {
    public static void main(String[] args) {

        //针对抽象构建编程
        AbstractFile file1,file2,file3,file4,folder1,folder2,folder3,folder4;

        folder1 = new Folder("MrChengs文件夹");
        folder2 = new Folder("图像文件夹");
        folder3 = new Folder("文件文件夹");
        folder4 = new Folder("视频文件夹");

        file1 = new ImageFile("file1.jpg");
        file2 = new ImageFile("file2.png");
        file3 = new TextFile("作业.doc");
        file4 = new TextFile("work.txt");


        //图像文件夹
        //--file1.jpg
        //--file2.png
        folder2.add(file1);
        folder2.add(file2);
        //文件文件夹
        //--作业.doc
        //--work.txt
        folder3.add(file3);
        folder3.add(file4);

        folder1.add(folder2);
        folder1.add(folder3);
        folder1.add(folder4);

        folder1.killVirus();
    }
}

图构：

无须修改源代码，符合“开闭原则”，客户端无须关心节点的层次结构

可以对所选节点进行统一处理，提高系统的灵活性。

 

 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。

 

 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：

(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。