设计模式学习之组合模式

老马的编程之旅

发布于 2022-06-22 11:04:27

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发布于 2022-06-22 11:04:27

组合模式（Composite Pattern），是结构型模式之一。组合模式比较简单，它将一组相似的对象看作一个对象处理，并根据一个树状结构来组合对象，然后提供一个统一的方法去访问相应的对象，以此忽略掉对象与对象集合之间的差别。这个最典型的例子就是数据结构中的树，本篇博客我们就一起学习组合模式。

定义与使用场景

定义：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

使用场景： 1.表示对象的部分-整体层次结构时。

2.从一个整体中能够独立出部分模块或功能的场景。

UML图

（1）Component：抽象根节点，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。声明一个接口用于访问和管理Component的子节点。可在递归结构中定义一个接口，用于访问一个父节点，并在合适的情况下实现它。

（2）Composite：定义有子节点的那些枝干节点行为，存储子节点，在Component接口中实现与子节点有关的操作。

（3）Leaf：在组合中表示叶子节点对象，叶子节点没有子节点，在组合中定义节点对象的行为。

（4）Client：通过Component接口操纵组合节点的对象。

组合模式模版代码

组合模式在实际使用中会有两种情况：安全的组合模式与透明的组合模式。上面的UML图属于安全组合模式的UML图。

安全组合模式 Component.class

public abstract class Component {
    public abstract void operation();
}

Composite.class

public class Composite extends Component{

    private ArrayList<Component> componentList = new ArrayList<>();

    @Override
    public void operation() {

        for (Component component : componentList) {
            component.operation();
        }

    }

    public void add(Component child) {
        componentList.add(child);
    }

    public void remove(Component child) {
        componentList.remove(child);
    }

    public Component getChild(int position) {
        return componentList.get(position);
    }
}

Leaf.class

public class Leaf extends Component{
    @Override
    public void operation() {

    }
}

测试代码：

Composite root = new Composite();

Leaf leaf1 = new Leaf();
Composite branch = new Composite();
root.add(leaf1);
root.add(branch);

Leaf leaf2 = new Leaf();
branch.add(leaf2);

root.operation();
break;

可以发现，安全组合模式违反了 6 个设计模式原则中依赖倒置原则，客户端不应该直接依赖于具体实现，而应该依赖于抽象，既然是面向接口编程，就应该把更多的焦点放在接口的设计上，于是这样就产生了透明的组合模式。

透明的组合模式 透明的组合模式 uml 类图如下：

和安全的组合模式差异就是在将 Composite 的操作放到了 Component 中，这就造成 Leaf 角色也要实现 Component 中的所有方法。实现的代码做出相应改变：

Component.class

public interface Component {
    void operation();

    void add(Component child);

    void remove(Component child);

    Component getChild(int position);
}

Composite.class

public class Composite implements Component{

    private ArrayList<Component> componentList = new ArrayList<>();

    @Override
    public void operation() {
        Log.e("shawn", "this is composite " + this + " -------start");
        for (Component component : componentList) {
            component.operation();
        }
        Log.e("shawn", "this is composite " + this + " -------end");
    }

    @Override
    public void add(Component child) {
        componentList.add(child);
    }

    @Override
    public void remove(Component child) {
        componentList.remove(child);
    }

    @Override
    public Component getChild(int position) {
        return componentList.get(position);
    }
}

Leaf.class

public class Leaf implements Component {
    @Override
    public void operation() {
        Log.e("shawn", "this if leaf " + this);
    }

    @Override
    public void add(Component child) {
        throw new UnsupportedOperationException("leaf can't add child");
    }

    @Override
    public void remove(Component child) {
        throw new UnsupportedOperationException("leaf can't remove child");
    }

    @Override
    public Component getChild(int position) {
        throw new UnsupportedOperationException("leaf doesn't have any child");
    }
}

测试代码

Component root = new Composite();

Component leaf1 = new Leaf();
Component branch = new Composite();
root.add(leaf1);
root.add(branch);

Component leaf2 = new Leaf();
branch.add(leaf2);

root.operation();

由于是在 Component 类中定义了所有的行为，所以客户端就不用直接依赖于具体 Composite 和 Leaf 类的实现，遵循了依赖倒置原则——依赖抽象，而不依赖具体实现。但是也违反了单一职责原则与接口隔离原则，让 Leaf 类继承了它本不应该有的方法，并且抛出了 UnsupportedOperationException ，这样做的目的就是为了客户端可以透明的去调用对应组件的方法，将枝干节点和子节点一视同仁。

另外，将 Component 写成一个虚基类，并且实现所有的 Composite 方法，而且默认都抛出异常，只让 Composite 去覆盖重写父类的方法，而 Leaf 类就不需要去实现 Composite 的相关方法，这么去实现当然也是可以的。

组合模式简单实现

以文件和文件夹这样的文件系统为例文件和文件夹的抽象类：（Component）

public abstract class Dir {
    /**
     * 声明一个List成员变量来储存文件夹下的所有元素
     */
    protected List<Dir> dirs = new ArrayList<Dir>();

    private String name; //当前文件或文件夹名

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

    /**
     * 添加一个文件或文件夹
     * 
     * @param dir 文件或文件夹
     */
    public abstract void addDir(Dir dir);

    /**
     * 移除一个文件或文件夹
     * 
     * @param dir 文件或文件夹
     */
    public abstract void rmDir(Dir dir);

    /**
     * 清空文件夹下所有元素
     */
    public abstract void clear();

    /**
     * 输出文件夹目录结构
     */
    public abstract void print();

    /**
     * 获取文件夹下所有的文件或文件夹
     * 
     * @return 文件夹下所有的文件或文件夹
     */
    public abstract List<Dir> getFiles();

    /**
     * 获取文件或文件夹名
     * 
     * @return 文件或文件夹名
     */
    public String getName(){
        return name;
    }
}

表示文件夹的类：（Composite）

public class Folder extends Dir{

    public Folder(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void addDir(Dir dir) {
        dirs.add(dir);
    }

    @Override
    public void rmDir(Dir dir) {
        dirs.remove(dir);
    }

    @Override
    public void clear() {
        dirs.clear();
    }

    @Override
    public void print() {
        System.out.print(getName() + "(");
        Iterator<Dir> iter = dirs.iterator();
        while (iter.hasNext()) {
            Dir dir = iter.next();
            dir.print();
            if(iter.hasNext()){
                System.out.print(", ");
            }
        }
        System.out.print(")");
    }

    @Override
    public List<Dir> getFiles() {
        return dirs;
    }

}

表示文件夹的类：（Leaf）

public class File extends Dir{

    public File(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void addDir(Dir dir) {
        throw new UnsupportedOperationException("文件对象不支持该操作！");
    }

    @Override
    public void rmDir(Dir dir) {
        throw new UnsupportedOperationException("文件对象不支持该操作！");
    }

    @Override
    public void clear() {
        throw new UnsupportedOperationException("文件对象不支持该操作！");
    }

    @Override
    public void print() {
        System.out.print(getName());
    }

    @Override
    public List<Dir> getFiles() {
        throw new UnsupportedOperationException("文件对象不支持该操作！");
    }

}

客户类：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //构造一个目录对象表示C盘根目录
        Dir diskC = new Folder("C");

        //C盘根目录下有一个文件Log.txt
        diskC.addDir(new File("Log.txt"));

        //C盘根目录下有三个目录Windows、PerfLogs、Program File
        Dir dirWin = new Folder("Windows");

        //Windows目录下有文件explorer.exe
        dirWin.addDir(new File("explorer.exe"));
        diskC.addDir(dirWin);

        //PerfLogs目录
        Dir dirPer = new Folder("PerfLogs");

        //PerfLogs目录下有文件null.txt
        dirPer.addDir(new File("null.txt"));
        diskC.addDir(dirPer);

        //Program File目录
        Dir dirPro = new Folder("Program File");

        //Program File目录下有文件ftp.txt
        dirPro.addDir(new File("ftp.txt"));
        diskC.addDir(dirPro);

        //打印出文件结构
        diskC.print();
    }
}

Android源码中的模式实现

1.View和ViewGroup的嵌套组合

View和ViewGroup就是组合模式的实现，不过View的视图层级使用的是安全的组合模式。ViewGroup相对于View增加了addView、removeView、getChildAt等方法，想必大家也很熟悉。

总结

1.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，他让高层模块忽略了层次的差异，方便对整个层次结构进行控制。

（2）简化了高层模块的代码。

（3）在组合模式中增加新的枝干构件和叶子构件都很方便，无须对现有类库进行修改，符合“开闭原则”。

（4）对树形结构的控制变得简单。

2.缺点组合模式不容易限制组合中的构件。因为大多数情况下，它们都来自于相同的抽象层，此时，必须进行类型检查来实现，这个实现过程较为复杂。

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原始发表：2017-04-22，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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