结构型设计模式之组合模式✳—12

组合模式

“部分-整体”的关系

定义

有时又叫作部分-整体模式，它是一种将对象组合成树状的层次结构的模式，用来表示“部分-整体”的关系，使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性。

特点

优点

• 组合模式使得客户端代码可以一致地处理单个对象和组合对象，无须关心自己处理的是单个对象，还是组合对象，这简化了客户端代码；
• 更容易在组合体内加入新的对象，客户端不会因为加入了新的对象而更改源代码，满足“开闭原则”；

缺点

• 设计较复杂，客户端需要花更多时间理清类之间的层次关系；
• 不容易限制容器中的构件；
• 不容易用继承的方法来增加构件的新功能；

结构

• 抽象构件（Component）角色 ：它的主要作用是为树叶构件和树枝构件声明公共接口，并实现它们的默认行为。在透明式的组合模式中抽象构件还声明访问和管理子类的接口；在安全式的组合模式中不声明访问和管理子类的接口，管理工作由树枝构件完成。
• 树叶构件（Leaf）角色 ：是组合中的叶节点对象，它没有子节点，用于实现抽象构件角色中 声明的公共接口。
• 树枝构件（Composite）角色 ：是组合中的分支节点对象，它有子节点。它实现了抽象构件角色中声明的接口，它的主要作用是存储和管理子部件，通常包含 Add()、Remove()、GetChild() 等方法。

组合模式分为透明式的组合模式和安全式的组合模式

• (1) 透明方式：在该方式中，由于抽象构件声明了所有子类中的全部方法，所以客户端无须区别树叶对象和树枝对象，对客户端来说是透明的。但其缺点是：树叶构件本来没有 Add()、Remove() 及 GetChild() 方法，却要实现它们（空实现或抛异常），这样会带来一些安全性问题。UML类图如下：
  
• (2) 安全方式：在该方式中，将管理子构件的方法移到树枝构件中，抽象构件和树叶构件没有对子对象的管理方法，这样就避免了上一种方式的安全性问题，但由于叶子和分支有不同的接口，客户端在调用时要知道树叶对象和树枝对象的存在，所以失去了透明性。UML类图如下：
  

实现

假如要访问集合 c0={leaf1,{leaf2,leaf3}} 中的元素

c0

leaf1

c1

leaf2

leaf3

透明式组合模式实现

/**
 * @author yeming.gao
 * @Description: 透明式组合模式实现
 * @date 2020/5/19 10:42
 */
public class TransparentComposite {
    public static void main(String[] args) {
        Component c0 = new Composite();
        Component c1 = new Composite();
        Component leaf1 = new Leaf("1");
        Component leaf2 = new Leaf("2");
        Component leaf3 = new Leaf("3");
        c0.add(leaf1);
        c0.add(c1);
        c1.add(leaf2);
        c1.add(leaf3);
        c0.operation();
    }
}

/**
 * 抽象构件
 */
interface Component {
    public void add(Component c);

    public void remove(Component c);

    public Component getChild(int i);

    public void operation();
}

/**
 * 树叶构件
 */
class Leaf implements Component {
    private String name;

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

    @Override
    public void add(Component c) {
    }

    @Override
    public void remove(Component c) {
    }

    @Override
    public Component getChild(int i) {
        return null;
    }

    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("树叶" + name + "：被访问！");
    }
}

/**
 * 树枝构件
 */
class Composite implements Component {
    private ArrayList children = new ArrayList();

    @Override
    public void add(Component c) {
        children.add(c);
    }

    @Override
    public void remove(Component c) {
        children.remove(c);
    }

    @Override
    public Component getChild(int i) {
        return children.get(i);
    }

    @Override
    public void operation() {
        for (Object obj : children) {
            ((Component) obj).operation();
        }
    }
}

程序运行结果如下：

树叶1：被访问！
树叶2：被访问！
树叶3：被访问！

安全式组合模式实现

/**
 * @author yeming.gao
 * @Description: 安全式组合模式实现
 * @date 2020/5/19 10:42
 */
public class SafeComposite {
    public static void main(String[] args) {
        Composite_safe c0 = new Composite_safe();
        Composite_safe c1 = new Composite_safe();
        Leaf_safe leaf1 = new Leaf_safe("1");
        Leaf_safe leaf2 = new Leaf_safe("2");
        Leaf_safe leaf3 = new Leaf_safe("3");
        c0.add(leaf1);
        c0.add(c1);
        c1.add(leaf2);
        c1.add(leaf3);
        c0.operation();
    }
}

/**
 * 抽象构件
 */
interface Component_safe {
    public void operation();
}

/**
 * 树叶构件
 */
class Leaf_safe implements Component_safe {
    private String name;

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


    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("树叶" + name + "：被访问！");
    }
}

/**
 * 树枝构件
 */
class Composite_safe implements Component_safe {
    private ArrayList children = new ArrayList<>();

    public void add(Component_safe c) {
        children.add(c);
    }

    public void remove(Component_safe c) {
        children.remove(c);
    }

    public Component_safe getChild(int i) {
        return children.get(i);
    }

    @Override
    public void operation() {
        for (Object obj : children) {
            ((Component_safe) obj).operation();
        }
    }
}

程序运行结果如下：

树叶1：被访问！
树叶2：被访问！
树叶3：被访问！

示例

【例】用组合模式实现当用户在商店购物后，显示其所选商品信息，并计算所选商品总价的功能。

说明：假如李先生到韶关“天街e角”生活用品店购物，用 1 个红色小袋子装了 2 包婺源特产（单价 7.9 元）、1 张婺源地图（单价 9.9 元）；用 1 个白色小袋子装了 2 包韶关香藉（单价 68 元）和 3 包韶关红茶（单价 180 元）；用 1 个中袋子装了前面的红色小袋子和 1 个景德镇瓷器（单价 380 元）；用 1 个大袋子装了前面的中袋子、白色小袋子和 1 双李宁牌运动鞋（单价 198 元）。最后“大袋子”中的内容有：{1 双李宁牌运动鞋（单价 198 元）、白色小袋子{2 包韶关香菇（单价 68 元）、3 包韶关红茶（单价 180 元）}、中袋子{1 个景德镇瓷器（单价 380 元）、红色小袋子{2 包婺源特产（单价 7.9 元）、1 张婺源地图（单价 9.9 元）}}}，现在要求编程显示李先生放在大袋子中的所有商品信息并计算要支付的总价。

实现

/**
 * @author yeming.gao
 * @Description: 安全式组合模式示例
 * @date 2020/5/19 10:57
 */
public class ShoppingExample {
    public static void main(String[] args) {
        float s = 0;
        Bags smallRedBag, smallWhiteBag, mediumBag, bigBag;
        Goods sp;
        smallRedBag = new Bags("红色小袋子");
        smallWhiteBag = new Bags("白色小袋子");
        mediumBag = new Bags("中袋子");
        bigBag = new Bags("大袋子");

        sp = new Goods("婺源特产", 2, 7.9f);
        smallRedBag.add(sp);
        sp = new Goods("婺源地图", 1, 9.9f);
        smallRedBag.add(sp);

        sp = new Goods("韶关香菇", 2, 68);
        smallWhiteBag.add(sp);
        sp = new Goods("韶关红茶", 3, 180);
        smallWhiteBag.add(sp);

        mediumBag.add(smallRedBag);
        sp = new Goods("景德镇瓷器", 1, 380);
        mediumBag.add(sp);

        bigBag.add(mediumBag);
        bigBag.add(smallWhiteBag);
        sp = new Goods("李宁牌运动鞋", 1, 198);
        bigBag.add(sp);


        System.out.println("您选购的商品有：");
        bigBag.show();
        s = bigBag.calculation();
        System.out.println("要支付的总价是：" + s + "元");
    }
}

/**
 * 抽象物品接口
 */
interface Articles {
    public float calculation();

    public void show();
}

/**
 * 商品
 */
class Goods implements Articles {
    private String name; //名字
    private int quantity;//数量
    private float unitPrice; //单价

    public Goods(String name, int quantity, float unitPrice) {
        this.name = name;
        this.quantity = quantity;
        this.unitPrice = unitPrice;
    }

    @Override
    public float calculation() {
        return quantity * unitPrice;
    }

    @Override
    public void show() {
        System.out.println(name + "(数量：" + quantity + "，单价：" + unitPrice + "元)");
    }
}

/**
 * 袋子
 */
class Bags implements Articles {
    private String name;
    private ArrayList bags = new ArrayList<>();

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

    public void add(Articles c) {
        bags.add(c);
    }

    public void remove(Articles c) {
        bags.remove(c);
    }

    public Articles getChild(int t) {
        return bags.get(t);
    }

    @Override
    public float calculation() {
        float s = 0;
        for (Object obj : bags) {
            s += ((Articles) obj).calculation();
        }
        return s;
    }

    @Override
    public void show() {
        for (Articles bag : bags) {
            bag.show();
        }
    }
}

程序运行结果如下：

您选购的商品有：
婺源特产(数量：2，单价：7.9元)
婺源地图(数量：1，单价：9.9元)
景德镇瓷器(数量：1，单价：380.0元)
韶关香菇(数量：2，单价：68.0元)
韶关红茶(数量：3，单价：180.0元)
李宁牌运动鞋(数量：1，单价：198.0元)
要支付的总价是：1279.7元

应用场景

• 在需要表示一个对象整体与部分的层次结构的场合。
• 要求对用户隐藏组合对象与单个对象的不同，用户可以用统一的接口使用组合结构中的所有对象的场合。

扩展

如果对前面介绍的组合模式中的树叶节点和树枝节点进行抽象，也就是说树叶节点和树枝节点还有子节点，这时组合模式就扩展成复杂的组合模式了，如 Java AWT/Swing 中的简单组件 JTextComponent 有子类 JTextField、JTextArea，容器组件 Container 也有子类 Window、Panel。UML类图如下：