C#設計模式(10)——組合模式（Composite Pattern）

1、引言

在軟件開發過程當中，咱們常常會遇處處理簡單對象和複合對象的狀況，例如對操做系統中目錄的處理就是這樣的一個例子，由於目錄能夠包括單獨的文件，也能夠包括文件夾，文件夾又是由文件組成的，因爲簡單對象和複合對象在功能上區別，致使在操做過程當中必須區分簡單對象和複合對象，這樣就會致使客戶調用帶來沒必要要的麻煩，然而做爲客戶，它們但願可以始終一致地對待簡單對象和複合對象。然而組合模式就是解決這樣的問題。下面讓咱們看看組合模式是怎樣解決這個問題的。

2、組合模式的詳細介紹

2.1 組合模式的定義

組合模式容許你將對象組合成樹形結構來表現」部分-總體「的層次結構，使得客戶以一致的方式處理單個對象以及對象的組合。下面咱們用繪製的例子來詳細介紹組合模式，圖形能夠由一些基本圖形元素組成（如直線，圓等），也能夠由一些複雜圖形組成（由基本圖形元素組合而成），爲了使客戶對基本圖形和複雜圖形的調用保持一致，咱們使用組合模式來達到整個目的。

組合模式實現的最關鍵的地方是——簡單對象和複合對象必須實現相同的接口。這就是組合模式可以將組合對象和簡單對象進行一致處理的緣由。

2.2 組合模式的實現

介紹完組合模式的定義以後，讓咱們以圖形的例子來實現組合模式，具體代碼以下：

 // 經過一些簡單圖形以及一些複雜圖形構建圖形樹來演示組合模式 // 客戶端調用 class Client { static void Main(string[] args) { ComplexGraphics complexGraphics = new ComplexGraphics("一個複雜圖形和兩條線段組成的複雜圖形"); complexGraphics.Add(new Line("線段A")); ComplexGraphics CompositeCG = new ComplexGraphics("一個圓和一條線組成的複雜圖形"); CompositeCG.Add(new Circle("圓")); CompositeCG.Add(new Circle("線段B")); complexGraphics.Add(CompositeCG); Line l = new Line("線段C"); complexGraphics.Add(l); // 顯示覆雜圖形的畫法 Console.WriteLine("複雜圖形的繪製以下："); Console.WriteLine("---------------------"); complexGraphics.Draw(); Console.WriteLine("複雜圖形繪製完成"); Console.WriteLine("---------------------"); Console.WriteLine(); // 移除一個組件再顯示覆雜圖形的畫法  complexGraphics.Remove(l); Console.WriteLine("移除線段C後，複雜圖形的繪製以下："); Console.WriteLine("---------------------"); complexGraphics.Draw(); Console.WriteLine("複雜圖形繪製完成"); Console.WriteLine("---------------------"); Console.Read(); } } /// <summary> /// 圖形抽象類， /// </summary> public abstract class Graphics { public string Name { get; set; } public Graphics(string name) { this.Name = name; } public abstract void Draw(); public abstract void Add(Graphics g); public abstract void Remove(Graphics g); } /// <summary> /// 簡單圖形類——線 /// </summary> public class Line : Graphics { public Line(string name) : base(name) { } // 重寫父類抽象方法 public override void Draw() { Console.WriteLine("畫 " + Name); } // 由於簡單圖形在添加或移除其餘圖形，因此簡單圖形Add或Remove方法沒有任何意義 // 若是客戶端調用了簡單圖形的Add或Remove方法將會在運行時拋出異常 // 咱們能夠在客戶端捕獲該類移除並處理 public override void Add(Graphics g) { throw new Exception("不能向簡單圖形Line添加其餘圖形"); } public override void Remove(Graphics g) { throw new Exception("不能向簡單圖形Line移除其餘圖形"); } } /// <summary> /// 簡單圖形類——圓 /// </summary> public class Circle : Graphics { public Circle(string name) : base(name) { } // 重寫父類抽象方法 public override void Draw() { Console.WriteLine("畫 " + Name); } public override void Add(Graphics g) { throw new Exception("不能向簡單圖形Circle添加其餘圖形"); } public override void Remove(Graphics g) { throw new Exception("不能向簡單圖形Circle移除其餘圖形"); } } /// <summary> /// 複雜圖形，由一些簡單圖形組成,這裏假設該複雜圖形由一個圓兩條線組成的複雜圖形 /// </summary> public class ComplexGraphics : Graphics { private List<Graphics> complexGraphicsList = new List<Graphics>(); public ComplexGraphics(string name) : base(name) { } /// <summary> /// 複雜圖形的畫法 /// </summary> public override void Draw() { foreach (Graphics g in complexGraphicsList) { g.Draw(); } } public override void Add(Graphics g) { complexGraphicsList.Add(g); } public override void Remove(Graphics g) { complexGraphicsList.Remove(g); } }

因爲基本圖形對象不存在Add和Remove方法，上面實現中直接經過拋出一個異常的方式來解決這樣的問題的，可是咱們想以一種更安全的方式來解決——由於基本圖形根本不存在這樣的方法，咱們是否是能夠移除這些方法呢？爲了移除這些方法，咱們就不得不修改Graphics接口，咱們把管理子對象的方法聲明放在複合圖形對象裏面，這樣簡單對象Line、Circle使用這些方法時在編譯時就會出錯，這樣的一種實現方式咱們稱爲安全式的組合模式，然而上面的實現方式稱爲透明式的組合模式，下面讓咱們看看安全式的組合模式又是怎樣實現的，具體實現代碼以下：

/// 安全式的組合模式 /// 此方式實現的組合模式把管理子對象的方法聲明在樹枝構件ComplexGraphics類中 /// 這樣若是葉子節點Line、Circle使用了Add或Remove方法時，就能在編譯期間出現錯誤 /// 但這種方式雖然解決了透明式組合模式的問題，可是它使得葉子節點和樹枝構件具備不同的接口。 /// 因此這兩種方式實現的組合模式各有優缺點，具體使用哪一個，能夠根據問題的實際狀況而定 class Client { static void Main(string[] args) { ComplexGraphics complexGraphics = new ComplexGraphics("一個複雜圖形和兩條線段組成的複雜圖形"); complexGraphics.Add(new Line("線段A")); ComplexGraphics CompositeCG = new ComplexGraphics("一個圓和一條線組成的複雜圖形"); CompositeCG.Add(new Circle("圓")); CompositeCG.Add(new Circle("線段B")); complexGraphics.Add(CompositeCG); Line l = new Line("線段C"); complexGraphics.Add(l); // 顯示覆雜圖形的畫法 Console.WriteLine("複雜圖形的繪製以下："); Console.WriteLine("---------------------"); complexGraphics.Draw(); Console.WriteLine("複雜圖形繪製完成"); Console.WriteLine("---------------------"); Console.WriteLine(); // 移除一個組件再顯示覆雜圖形的畫法  complexGraphics.Remove(l); Console.WriteLine("移除線段C後，複雜圖形的繪製以下："); Console.WriteLine("---------------------"); complexGraphics.Draw(); Console.WriteLine("複雜圖形繪製完成"); Console.WriteLine("---------------------"); Console.Read(); } } /// <summary> /// 圖形抽象類， /// </summary> public abstract class Graphics { public string Name { get; set; } public Graphics(string name) { this.Name = name; } public abstract void Draw(); // 移除了Add和Remove方法 // 把管理子對象的方法放到了ComplexGraphics類中進行管理 // 由於這些方法只在複雜圖形中才有意義  } /// <summary> /// 簡單圖形類——線 /// </summary> public class Line : Graphics { public Line(string name) : base(name) { } // 重寫父類抽象方法 public override void Draw() { Console.WriteLine("畫 " + Name); } } /// <summary> /// 簡單圖形類——圓 /// </summary> public class Circle : Graphics { public Circle(string name) : base(name) { } // 重寫父類抽象方法 public override void Draw() { Console.WriteLine("畫 " + Name); } } /// <summary> /// 複雜圖形，由一些簡單圖形組成,這裏假設該複雜圖形由一個圓兩條線組成的複雜圖形 /// </summary> public class ComplexGraphics : Graphics { private List<Graphics> complexGraphicsList = new List<Graphics>(); public ComplexGraphics(string name) : base(name) { } /// <summary> /// 複雜圖形的畫法 /// </summary> public override void Draw() { foreach (Graphics g in complexGraphicsList) { g.Draw(); } } public void Add(Graphics g) { complexGraphicsList.Add(g); } public void Remove(Graphics g) { complexGraphicsList.Remove(g); } }

2.3 組合模式的類圖

看完了上面二者方式的實現以後，讓咱們具體看看組合模式的類圖來理清楚組合模式中類之間的關係。

透明式的組合模式類圖：

安全式組合模式的類圖：

組合模式中涉及到三個角色：

• 抽象構件（Component）角色：這是一個抽象角色，上面實現中Graphics充當這個角色，它給參加組合的對象定義出了公共的接口及默認行爲，能夠用來管理全部的子對象（在透明式的組合模式是這樣的）。在安全式的組合模式裏，構件角色並不定義出管理子對象的方法，這必定義由樹枝結構對象給出。
• 樹葉構件（Leaf）角色：樹葉對象時沒有下級子對象的對象，上面實現中Line和Circle充當這個角色，定義出參加組合的原始對象的行爲
• 樹枝構件（Composite）角色：表明參加組合的有下級子對象的對象，上面實現中ComplexGraphics充當這個角色，樹枝對象給出全部管理子對象的方法實現，如Add、Remove等。

3、組合模式的優缺點

優勢：

1. 組合模式使得客戶端代碼能夠一致地處理對象和對象容器，無需關係處理的單個對象，仍是組合的對象容器。
2. 將」客戶代碼與複雜的對象容器結構「解耦。
3. 能夠更容易地往組合對象中加入新的構件。

缺點：使得設計更加複雜。客戶端須要花更多時間理清類之間的層次關係。（這個是幾乎全部設計模式所面臨的問題）。

注意的問題：

1. 有時候系統須要遍歷一個樹枝結構的子構件不少次，這時候能夠考慮把遍歷子構件的結構存儲在父構件裏面做爲緩存。
2. 客戶端儘可能不要直接調用樹葉類中的方法（在我上面實現就是這樣的，建立的是一個樹枝的具體對象，應該使用Graphics complexGraphics = new ComplexGraphics("一個複雜圖形和兩條線段組成的複雜圖形");），而是借用其父類（Graphics）的多態性完成調用，這樣能夠增長代碼的複用性。

4、組合模式的使用場景

在如下狀況下應該考慮使用組合模式：

1. 須要表示一個對象總體或部分的層次結構。
2. 但願用戶忽略組合對象與單個對象的不一樣，用戶將統一地使用組合結構中的全部對象。

5、組合模式在.NET中的應用

組合模式在.NET 中最典型的應用就是應用與WinForms和Web的開發中，在.NET類庫中，都爲這兩個平臺提供了不少現有的控件，然而System.Windows.Forms.dll中System.Windows.Forms.Control類就應用了組合模式，由於控件包括Label、TextBox等這樣的簡單控件，同時也包括GroupBox、DataGrid這樣複合的控件，每一個控件都須要調用OnPaint方法來進行控件顯示，爲了表示這種對象之間總體與部分的層次結構，微軟把Control類的實現應用了組合模式（確切地說應用了透明式的組合模式）。

6、總結

到這裏組合模式的介紹就結束了，組合模式解耦了客戶程序與複雜元素內部結構，從而使客戶程序能夠向處理簡單元素同樣來處理複雜元素。

本文中全部源碼：設計模式之組合模式

 

注：轉自http://www.cnblogs.com/zhili/p/CompositePattern.html