Composite 组合模式简介与 C# 示例【结构型3】【设计模式来了_8】

〇、简介

1、什么是组合设计模式？

一句话解释：

  针对树形结构的任意节点，都实现了同一接口，他们具有相同的操作，可以通过某一操作来遍历全部节点。

组合模式通过使用树形结构来组合对象，用来表示部分以及整体层次。组合模式属于结构型模式，多用于递归。

官方意图描述：将对象组合成树形结构，以表示“部分-整体”的层次结构。Composite 使得用户对单个对象和组合的使用具有一致性。

一个比喻：（学校里年级、班级架构）

  无论是年级主任，还是各班主任或任课老师，以及每个班级的学生，都属于学校中的一员，但是他们又属于分级管理，比如班主任管理一个班级。

2、优缺点和适用场景

优点：

• 高层模块调用简单。组合模式通过提供统一的接口来隐藏对象的层次结构，使高层模块只需要关心对象的行为，而不需要关心对象的结构。这样可以使高层模块的代码更加简洁和易于理解。
• 节点自由，不需要关心对象层次。组合模式通过使用树形结构来组合对象，可以动态地增加或删除对象，而不需要修改高层模块的代码。这样可以使系统更加灵活和可扩展。
• 简化了客户端代码，因为不论对象多么复杂客户端都是以同一套接口操作。

缺点：

• 叶子节点（Leaf）会继承得到一些它所不需要（管理子类操作的方法）的方法，这与设计模式接口隔离原则相违背。组合模式中的叶子节点（Leaf）也需要实现 Component 接口，而这个接口中可能包含了一些它所不需要的方法。这会使得叶子节点的代码变得冗余和复杂，不符合接口隔离原则。
• 组合类的引用开销可能会较大。组合模式中的组合类需要包含一个 Component 数组，这个数组的大小是固定的，如果组合类的实例需要包含大量的组件对象，那么组合类的引用开销可能会较大。
• 如果需要确定某个组件是特殊组织，然后针对它做特殊的操作，就需要在运行时判断。

适用场景：

• 希望客户端可以忽略组合对象与单个对象的差异时。组合模式通过提供统一的接口来隐藏对象的层次结构，使客户端可以忽略组合对象与单个对象的差异。
• 对象层次具备整体和部分，呈树形结构。组合模式通过使用树形结构来组合对象，可以用来表示对象层次具备整体和部分，呈树形结构的情况。例如：树形菜单，文件、文件夹的管理。

一、简单的代码示例

下边是一个简单的示例，模拟树形结构，包含多层次：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Composite root = new Composite("根节点");
        Composite composite1 = new Composite("--组合节点1");
        Composite composite2 = new Composite("--组合节点2");
        Leaf leaf1 = new Leaf("----叶子节点1");
        Leaf leaf2 = new Leaf("----叶子节点2");
        composite1.Add(leaf1);
        composite1.Add(leaf2);
        composite2.Add(leaf1);
        root.Add(composite1);
        root.Add(composite2);
        root.Operation();
    }
}
// 抽象组件
public abstract class Component
{
    public string Name { get; set; }
    public Component(string name)
    {
        Name = name;
    }
    public virtual void Operation()
    {
        Console.WriteLine("执行操作");
    }
}
// 叶子组件
public class Leaf : Component
{
    public Leaf(string name) : base(name) { }
    public override void Operation()
    {
        Console.WriteLine($"{Name} 是叶子节点，不包含子节点");
    }
}
// 容器组件
public class Composite : Component
{
    private List<Component> _children = new List<Component>();
    public Composite(string name) : base(name) { }
    public void Add(Component component)
    {
        _children.Add(component);
    }
    public void Remove(Component component)
    {
        _children.Remove(component);
    }
    public override void Operation()
    {
        Console.WriteLine($"{Name} 是容器节点，包含子节点");
        foreach (var child in _children)
        {
            child.Operation();
        }
    }
}

二、根据示例代码看结构

Component：为组合中的对象声明接口，在适当的情况下，实现所有类共有接口的缺省行为。它可为一个接口，用于访问和管理 Component 的子组件。另外，可在递归结构中定义一个接口，用于访问一个父部件，并在合适的情况下实现它。

Leaf：在组合中表示叶节点对象，叶结点没有子节点。另外，也可以定义图元对象的行为。（图元对象是计算机图形学中的一个概念，是指由点、线、面等基本几何元素组成的三维模型的基本单元。图元对象通常用于描述三维模型的几何形状和空间位置等信息。）

Composite：定义有子部件的那些部件的行为，可通过 Components 存储子部件，以及在 Component 接口中实现与子部件有关的操作。

Client：通过 Component 接口操纵组合部件的对象。

三、相关模式

通常，部件-父部件连接用于 Chain of Responsibility 责任链模式。

Decorator 装饰模式经常和 Composite 模式一起使用。当装饰和组合一起使用时，它们通常由一个公共的父类。因此装饰必须具有 Add、Remove 和 GetChild 操作的 Component 接口。

Flyweight 享元模式允许共享组件，但不能引用其父部件。

Itertor 迭代器模式可用于遍历 Composite。

Visitor 访问者模式将本来应该分布在 Composite 和 Leaf 类中的操作和行为局部化。