c#设计模式-结构型模式 之 组合模式

简介

        组合模式又名部分整体模式，是一种 结构型设计模式 ，是用于把一组相似的对象当作一个 单一的对象 。组合模式 依据树形结构来组合对象 ，用来表示部分以及整体层，它可以让你将对象组合成树形结构，并且能 像使用独立对象一样使用它们 。这种模式定义了包含人和组的类，每个组都可以包含人或者是其他的组。这样的结构可以有效地代表大的和复杂的层次结构。

 

        如上图，是我们常见的 文件系统 ，对于这样的结构我们称之为 树形结构 。在树形结构中可以通过调用某个方法来遍历整个树，当我们找到某个叶子节点后，就可以对叶子节点进行相关的操作。可以将这颗树理解成一个大的容器， 容器 里面 包含很多的成员对象 ，这些成员对象即可是容器对象也可以是叶子对象。但是由于容器对象和叶子对象在功能上面的区别，使得我们在使用的过程中必须要区分容器对象和叶子对象，但是这样就会给客户带来不必要的麻烦，作为客户而已，它始终希望能够一 致的对待容器对象和叶子对象 。

角色

组合模式主要包含三种角色：

1. 抽象根节点（Component）：定义系统各层次对象的共有方法和属性，可以预先定义一些默认行为和属性。
2. 树枝节点（Composite）：定义树枝节点的行为，存储子节点，组合树枝节点和叶子节点形成一个树形结构。
3. 叶子节点（Leaf）：叶子节点对象，其下再无分支，是系统层次遍历的最小单位。

与我们上图中文件系统图例对应

• 抽象根节点 = 最顶部的文件夹
• 树枝节点 = 文件夹
• 叶子节点 = 文件

案例

不管是菜单还是菜单项，都应该继承自统一的接口，这里我们创建一个抽象组件，定义一些通用的方法，如添加，删除，打印。

public abstract class Component
{
    protected string _name;

    public Component(string name)
    {
        _name = name;
    }

    public abstract void Add(Component c);
    public abstract void Remove(Component c);
    public abstract void Display(int depth);
}

树枝节点Composite

定义一个名为children的List类型的列表，用于存储Component类型的子元素，Add方法和Remove方法分别用于向children列表中添加和移除Component类型的对象。Display方法用于显示Composite对象的信息。这个方法首先打印出当前Composite对象的深度和名称，然后遍历children列表，对每个子元素调用Display方法。这样就形成了一种递归的结构，可以用来表示树形结构。

public class Composite : Component
{
    private List children = new List();

    public Composite(string name)
        : base(name)
    {
    }

    public override void Add(Component component)
    {
        children.Add(component);
    }

    public override void Remove(Component component)
    {
        children.Remove(component);
    }

    public override void Display(int depth)
    {
        Console.WriteLine(new String('-', depth) + _name);

        foreach (Component component in children)
        {
            component.Display(depth + 2);
        }
    }
}

叶子节点Leaf

因为叶子节点已经是最下级了，因此我们只需要在Display直接重写打印方法，并且不需要再进行遍历了

public class Leaf : Component
{
    public Leaf(string name)
        : base(name)
    {
    }

    public override void Add(Component c)
    {
        Console.WriteLine("Cannot add to a leaf");
    }

    public override void Remove(Component c)
    {
        Console.WriteLine("Cannot remove from a leaf");
    }

    public override void Display(int depth)
    {
        Console.WriteLine(new String('-', depth) + _name);
    }
}

测试

class MyClass
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        // 创建一个根节点
        Component root = new Composite("root");
        // 创建两个节点
        Component node1 = new Composite("node1");
        Component node2 = new Composite("node2");
        // 创建叶子节点
        Component leaf1 = new Leaf("leaf1");
        Component leaf2 = new Leaf("leaf2");
        Component leaf3 = new Leaf("leaf3");

        // 构建树形结构
        root.Add(node1);
        root.Add(node2);
        node1.Add(leaf1);
        node2.Add(leaf2);
        node2.Add(leaf3);

        // 显示树形结构
        root.Display(1);
    }
}

运行结果！在这个例子中，我们首先创建了一个根节点root，然后创建了两个节点node1和node2，以及三个叶子节点leaf1，leaf2和leaf3。然后我们将node1和node2添加到root下，将leaf1添加到node1下，将leaf2和leaf3添加到node2下，从而构建了一个树形结构。

总结

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，它让客户端忽略了层次的差异，方便对整个层次结构进行控制。
2. 客户端可以一致地使用一个组合结构或其中单个对象，不必关心处理的是单个对象还是整个组合结构，简化了客户端代码。
3. 在组合模式中增加新的树枝节点和叶子节点都很方便，无须对现有类库进行任何修改，符合“开闭原则”。
4. 组合模式为树形结构的面向对象实现提供了一种灵活的解决方案，通过叶子节点和树枝节点的递归组合，可以形成复杂的树形结构，但对树形结构的控制却非常简单。

缺点

        在使用组合模式时，其叶子和树枝的声明都是实现类，而不是接口，违反了依赖倒置原则。

使用场景

        组合模式正是应树形结构而生，所以组合模式的使用场景就是出现树形结构的地方。比如：文件目录显示，多级目录呈现等树形结构数据的操作。