深入理解设计模式（21）：组合模式

一、什么是组合模式

定义：将对象以树形结构组织起来，以达成“部分－整体”的层次结构，使得客户端对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

动机（Motivation）

客户代码过多地依赖于对象容器复杂的内部实现结构，对象容器内部实现结构（而非抽象接口）的变化将引起客户代码的频繁变化，带来了代码的维护性、扩展性等弊端。

如何将“客户代码与复杂的对象容器结构”解耦？让对象容器自己来实现自身的复杂结构，从而使得客户代码就像处理简单对象一样来处理复杂的对象容器？

意图（Intent）

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对象的使用具有一致性。

组合模式，现在学习就是虚类继承虚类，然后增加虚方法。最终实类继承第二个虚类，重写所有虚方法。

二、组合模式的结构

 

结构图说明：

     （1）Component：组合中的对象声明接口，在适当情况下实现所有类共有的默认行为，声明一个接口用于访问和管理Component的子组件。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。（可选）

     （2）Leaf:在组合中表示叶节点，叶节点没有子节点，定义对象的基本行为。

     （3）Composite：定义有子部件的那些部件的行为，存储子部件并在Component接口实现与子部件有关的操作。

     （4）Client:通过Component接口操作组合部件的对象。

三、组合模式的使用场景

　 1.需求重要体现部分与整体的层次结构时

     2.你希望用户忽略组合对象与单个对象的不同，用户将统一地使用组合结构中的所有对象。

四、组合模式的优缺点

优点

　　1.使客户端调用简单，客户端可以一致的使用组合结构或其中单个对象，用户就不必关系自己处理的是单个对象还是整个组合结构，这就简化了客户端代码。
　　2.更容易在组合体内加入对象部件. 客户端不必因为加入了新的对象部件而更改代码。

缺点

　　组合模式不容易限制组合中的构件。

五、组合模式的实现

组合模式有两种实现方式，一种是：透明式的组合模式，另外一种是：安全式的组合模式。在这里我就详细说一下何为“透明式”，何为“安全式”。所谓透明式是指“抽象构件角色”定义的接口行为集合包含两个部分，一部分是叶子对象本身所包含的行为（比如Operation），另外一部分是容器对象本身所包含的管理子对象的行为(Add,Remove)。这个抽象构件必须同时包含这两类对象所有的行为，客户端代码才会透明的使用，无论调用容器对象还是叶子对象，接口方法都是一样的，这就是透明，针对客户端代码的透明，但是也有他自己的问题，叶子对象不会包含自己的子对象，为什么要有Add,Remove等类似方法呢，调用叶子对象这样的方法可能（注意：我这里说的是可能，因为有些人会把这些方法实现为空，不做任何动作，当然也不会有异常抛出了，不要抬杠）会抛出异常，这样就不安全了，然后人们就提出了“安全式的组合模式”。所谓安全式是指“抽象构件角色”只定义叶子对象的方法，确切的说这个抽象构件只定义两类对象共有的行为，然后容器对象的方法定义在“树枝构件角色”上，这样叶子对象有叶子对象的方法，容器对象有容器对象的方法，这样责任很明确，当然调用肯定不会抛出异常了。大家可以根据自己的情况自行选择是实现为“透视式”还是“安全式”的，以下我们会针对这两种情况都有实现，具体实现如下：

namespace 透明式的组合模式的实现
{
    /// <summary>
    /// 该抽象类就是文件夹抽象接口的定义，该类型就相当于是抽象构件Component类型
    /// </summary>
    public abstract class Folder
    {
        //增加文件夹或文件
        public abstract void Add(Folder folder);

        //删除文件夹或者文件
        public abstract void Remove(Folder folder);

        //打开文件或者文件夹--该操作相当于Component类型的Operation方法
        public abstract void Open();
    }

    /// <summary>
    /// 该Word文档类就是叶子构件的定义，该类型就相当于是Leaf类型，不能在包含子对象
    /// </summary>
    public sealed class Word : Folder
    {
        //增加文件夹或文件
        public override void Add(Folder folder)
        {
            throw new Exception("Word文档不具有该功能");
        }

        //删除文件夹或者文件
        public override void Remove(Folder folder)
        {
            throw new Exception("Word文档不具有该功能");
        }

        //打开文件--该操作相当于Component类型的Operation方法
        public override void Open()
        {
            Console.WriteLine("打开Word文档，开始进行编辑");
        }
    }

    /// <summary>
    /// SonFolder类型就是树枝构件，由于我们使用的是“透明式”，所以Add,Remove都是从Folder类型继承下来的
    /// </summary>
    public class SonFolder : Folder
    {
        //增加文件夹或文件
        public override void Add(Folder folder)
        {
            Console.WriteLine("文件或者文件夹已经增加成功");
        }

        //删除文件夹或者文件
        public override void Remove(Folder folder)
        {
            Console.WriteLine("文件或者文件夹已经删除成功");
        }

        //打开文件夹--该操作相当于Component类型的Operation方法
        public override void Open()
        {
            Console.WriteLine("已经打开当前文件夹");
        }
    }

    public class Program
    {
        static void Main()
        {

            Folder myword = new Word();

            myword.Open();//打开文件，处理文件

            myword.Add(new SonFolder());//抛出异常
            myword.Remove(new SonFolder());//抛出异常


            Folder myfolder = new SonFolder();
            myfolder.Open();//打开文件夹

            myfolder.Add(new SonFolder());//成功增加文件或者文件夹
            myfolder.Remove(new SonFolder());//成功删除文件或者文件夹

            Console.Read();
        }
    }
}

以上代码就是“透明式的组合模式”实现，以下代码就是“安全式的组合模式”实现：

namespace 安全式的组合模式的实现
{
    /// <summary>
    /// 该抽象类就是文件夹抽象接口的定义，该类型就相当于是抽象构件Component类型
    /// </summary>
    public abstract class Folder //该类型少了容器对象管理子对象的方法的定义，换了地方，在树枝构件也就是SonFolder类型
    {
        //打开文件或者文件夹--该操作相当于Component类型的Operation方法
        public abstract void Open();
    }

    /// <summary>
    /// 该Word文档类就是叶子构件的定义，该类型就相当于是Leaf类型，不能在包含子对象
    /// </summary>
    public sealed class Word : Folder  //这类型现在很干净
    {
        //打开文件--该操作相当于Component类型的Operation方法
        public override void Open()
        {
            Console.WriteLine("打开Word文档，开始进行编辑");
        }
    }

    /// <summary>
    /// SonFolder类型就是树枝构件，现在由于我们使用的是“安全式”，所以Add,Remove都是从此处开始定义的
    /// </summary>
    public abstract class SonFolder : Folder //这里可以是抽象接口，可以自己根据自己的情况而定
    {
        //增加文件夹或文件
        public abstract void Add(Folder folder);

        //删除文件夹或者文件
        public abstract void Remove(Folder folder);

        //打开文件夹--该操作相当于Component类型的Operation方法
        public override void Open()
        {
            Console.WriteLine("已经打开当前文件夹");
        }
    }

    /// <summary>
    /// NextFolder类型就是树枝构件的实现类
    /// </summary>
    public sealed class NextFolder : SonFolder
    {
        //增加文件夹或文件
        public override void Add(Folder folder)
        {
            Console.WriteLine("文件或者文件夹已经增加成功");
        }

        //删除文件夹或者文件
        public override void Remove(Folder folder)
        {
            Console.WriteLine("文件或者文件夹已经删除成功");
        }

        //打开文件夹--该操作相当于Component类型的Operation方法
        public override void Open()
        {
            Console.WriteLine("已经打开当前文件夹");
        }
    }

    public class Program
    {
        static void Main()
        {
            //这是安全的组合模式
            Folder myword = new Word();

            myword.Open();//打开文件，处理文件


            Folder myfolder = new NextFolder();
            myfolder.Open();//打开文件夹

            //此处要是用增加和删除功能，需要转型的操作，否则不能使用
            ((SonFolder)myfolder).Add(new NextFolder());//成功增加文件或者文件夹
            ((SonFolder)myfolder).Remove(new NextFolder());//成功删除文件或者文件夹

            Console.Read();
        }
    }
}

六、组合模式的.NET下应用

ASP.Net中的Panel对象就是一个Composite对象，而Button对象就是Leaf对象。Button和Panel都继承自System.Web.UI.Control类。它实际上是在Panel里面加了一个Controls属性，然后Controls属性是一个集合属性，它有Add和Remove方法。

在ASP.Net中就是这样，每一个控件都有Controls属性，也就是说每个控件都是一种容器控件（除了LiteralControl）。这种方式把我们对安全性的担忧，统统放到容器（即ASP.Net中的Controls）中去处理。

这个模式在.NET 中最典型的应用就是应用与WinForms和Web的开发中，在.NET类库中，都为这两个平台提供了很多现有的控件，然而System.Windows.Forms.dll中System.Windows.Forms.Control类就应用了组合模式，因为控件包括Label、TextBox等这样的简单控件，这些控件可以理解为叶子对象，同时也包括GroupBox、DataGrid这样复合的控件或者叫容器控件，每个控件都需要调用OnPaint方法来进行控件显示，为了表示这种对象之间整体与部分的层次结构，微软把Control类的实现应用了组合模式（确切地说应用了透明式的组合模式）。