树形结构的处理--组合模式

先看看组合模式的定义吧，在《大话设计模式一书中》组合模式的定义为：“将对象组合成树形结构以表示‘部分-整体’的层次结构。组合模式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(Composite Pattern)有时候又叫做部分-整体模式，它使我们树型结构的问题中，模糊了简单元素和复杂元素的概念 ，客户程序可以向处理简单元素一样来处理复杂元素，从而使得客户程序与复杂元素的内部结构解耦。

组合模式让你可以优化处理递归或分级数据结构。有许多关于分级数据结构的例子，使得组合模式非常有用武之地。关于分级数据结构的一个普遍性的例子是你每次使用电脑时所遇到的：文件系统。文件系统由目录和文件组成。每个目录都可以装内容。目录的内容可以是文件，也可以是目录。按照这种方式，计算机的文件系统就是以递归结构来组织的。如果你想要描述这样的数据结构，那么你可以使用组合模式Composite。

在组合模式中引入了抽象构件类Component，它是所有容器类和叶子类的公共父类，客户端针对Component进行编程。组合模式结构如图11-3所示：

在组合模式结构图中包含如下几个角色：

● Component（抽象构件）：它可以是接口或抽象类，为叶子构件和容器构件对象声明接口，在该角色中可以包含所有子类共有行为的声明和实现。在抽象构件中定义了访问及管理它的子构件的方法，如增加子构件、删除子构件、获取子构件等。
● Leaf（叶子构件）：它在组合结构中表示叶子节点对象，叶子节点没有子节点，它实现了在抽象构件中定义的行为。对于那些访问及管理子构件的方法，可以通过异常等方式进行处理。
● Composite（容器构件）：它在组合结构中表示容器节点对象，容器节点包含子节点，其子节点可以是叶子节点，也可以是容器节点，它提供一个集合用于存储子节点，实现了在抽象构件中定义的行为，包括那些访问及管理子构件的方法，在其业务方法中可以递归调用其子节点的业务方法。

组合模式的关键是定义了一个抽象构件类，它既可以代表叶子，又可以代表容器，而客户端针对该抽象构件类进行编程，无须知道它到底表示的是叶子还是容器，可以对其进行统一处理。同时容器对象与抽象构件类之间还建立一个聚合关联关系，在容器对象中既可以包含叶子，也可以包含容器，以此实现递归组合，形成一个树形结构。

如果不使用组合模式，客户端代码将过多地依赖于容器对象复杂的内部实现结构，容器对象内部实现结构的变化将引起客户代码的频繁变化，带来了代码维护复杂、可扩展性差等弊端。组合模式的引入将在一定程度上解决这些问题。

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文件系统

为了让系统具有更好的灵活性和可扩展性，客户端可以一致地对待文件和文件夹，Sunny公司开发人员使用组合模式来进行杀毒软件的框架设计，其基本结构如图11-5所示：

在图11-5中， AbstractFile充当抽象构件类，Folder充当容器构件类，ImageFile、TextFile和VideoFile充当叶子构件类。完整代码如下所示：

//抽象文件类：抽象构件  
//添加，删除，获取子文件，业务操作
abstract class AbstractFile {  
    public abstract void add(AbstractFile file);  
    public abstract void remove(AbstractFile file);  
    public abstract AbstractFile getChild(int i);  
    public abstract void killVirus();  
}  

一下的所有类都看做是文件，都实现了抽象类 AbstractFile

//图像文件类：叶子构件  
class ImageFile extends AbstractFile {  
    private String name;  

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

    public void add(AbstractFile file) {  
       System.out.println("对不起，不支持该方法！");  
    }  

    public void remove(AbstractFile file) {  
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");  
    }  

    public AbstractFile getChild(int i) {  
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");  
        return null;  
    }  

    public void killVirus() {  
        //模拟杀毒  
        System.out.println("----对图像文件'" + name + "'进行杀毒");  
    }  
}  

//文本文件类：叶子构件  
class TextFile extends AbstractFile {  
    private String name;  

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

    public void add(AbstractFile file) {  
       System.out.println("对不起，不支持该方法！");  
    }  

    public void remove(AbstractFile file) {  
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");  
    }  

    public AbstractFile getChild(int i) {  
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");  
        return null;  
    }  

    public void killVirus() {  
        //模拟杀毒  
        System.out.println("----对文本文件'" + name + "'进行杀毒");  
    }  
}  

//视频文件类：叶子构件  
class VideoFile extends AbstractFile {  
    private String name;  

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

    public void add(AbstractFile file) {  
       System.out.println("对不起，不支持该方法！");  
    }  

    public void remove(AbstractFile file) {  
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");  
    }  

    public AbstractFile getChild(int i) {  
        System.out.println("对不起，不支持该方法！");  
        return null;  
    }  

    public void killVirus() {  
        //模拟杀毒  
        System.out.println("----对视频文件'" + name + "'进行杀毒");  
    }  
}  

//文件夹类：容器构件  
class Folder extends AbstractFile {  
    //定义集合fileList，用于存储AbstractFile类型的成员  
    private ArrayList fileList=new ArrayList();  
    private String name;  

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

    public void add(AbstractFile file) {  
       fileList.add(file);    
    }  

    public void remove(AbstractFile file) {  
        fileList.remove(file);  
    }  

    public AbstractFile getChild(int i) {  
        return (AbstractFile)fileList.get(i);  
    }  

    public void killVirus() {  
        System.out.println("****对文件夹'" + name + "'进行杀毒");  //模拟杀毒  

        //递归调用成员构件的killVirus()方法  
        for(Object obj : fileList) {  
            ((AbstractFile)obj).killVirus();  
        }  
    }  
}  

由于把各种文件和文件夹都统一看做为【文件】，他们有着共同的属性和操作，所以客户端透明地进行操作：

class Client {  
    public static void main(String args[]) {  
        //针对抽象构件编程  
        AbstractFile file1,file2,file3,file4,file5,folder1,folder2,folder3,folder4;  

        folder1 = new Folder("Sunny的资料");  
        folder2 = new Folder("图像文件");  
        folder3 = new Folder("文本文件");  
        folder4 = new Folder("视频文件");  

        file1 = new ImageFile("小龙女.jpg");  
        file2 = new ImageFile("张无忌.gif");  
        file3 = new TextFile("九阴真经.txt");  
        file4 = new TextFile("葵花宝典.doc");  
        file5 = new VideoFile("笑傲江湖.rmvb");  

        folder2.add(file1);  
        folder2.add(file2);  
        folder3.add(file3);  
        folder3.add(file4);  
        folder4.add(file5);  
        folder1.add(folder2);  
        folder1.add(folder3);  
        folder1.add(folder4);  

        //从“Sunny的资料”节点开始进行杀毒操作  
        folder1.killVirus();  
    }  
}  

由于在本实例中使用了组合模式，在抽象构件类中声明了所有方法，包括用于管理和访问子构件的方法，如add()方法和remove()方法等，因此在ImageFile等叶子构件类中实现这些方法时必须进行相应的异常处理或错误提示。在容器构件类Folder的killVirus()方法中将递归调用其成员对象的killVirus()方法，从而实现对整个树形结构的遍历。