设计模式--组合模式（Composite）

组合模式（Composite）

在现实生活中，存在很多“部分-整体”的关系，例如，大学中的部门与学院、总公司中的部门与分公司、学习用品中的书与书包、生活用品中的衣月艮与衣柜以及厨房中的锅碗瓢盆等。在软件开发中也是这样，例如，文件系统中的文件与文件夹、窗体程序中的简单控件与容器控件等。对这些简单对象与复合对象的处理，如果用组合模式来实现会很方便。

组合模式的定义与特点

• 组合（Composite）模式的定义：又称部分整体模式，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次。这种类型的设计模式属于结构型模式，它创建了对象组的树形结构。这种模式创建了一个包含自己对象组的类。该类提供了修改相同对象组的方式。
• 组合（Composite）模式的优点：1.高层模块调用简单。 2.节点自由增加。
• 组合（Composite）模式的缺点：在使用组合模式时，其叶子和数值的声明都是实现类，而不是接口，违反了依赖倒置原则。

组合模式的结构与实现

1.模式的结构
组合模式包含以下主要角色。

1. 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。
2. 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。
3. 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。其结构图如图 1 所示。

图1 透明式的组合模式的结构图

(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。其结构图如图 2 所示。

图2 安全式的组合模式的结构图

2.模式的实现
假如要访问集合 c0={leaf1,{leaf2,leaf3}} 中的元素，其对应的树状图如图 3 所示。

图3 集合c0的树状图

下面给出透明式的组合模式的实现代码，与安全式的组合模式的实现代码类似，只要对其做简单修改就可以了。

    package composite;
    import java.util.ArrayList;
    public class CompositePattern
    {
        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;
        }
        public void add(Component c){ }           
        public void remove(Component c){ }   
        public Component getChild(int i)
        {
            return null;
        }   
        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();   
        public void add(Component c)
        {
            children.add(c);
        }   
        public void remove(Component c)
        {
            children.remove(c);
        }   
        public Component getChild(int i)
        {
            return children.get(i);
        }   
        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！

组合模式的实例

下面我们以公司的层级结构为例，先看一下这个例子中该公司的层级结构（该例选自大话设计模式——程杰著）。

公司层级结构图

这种部分与整体的关系，我们就可以考虑使用组合模式，下面采用组合模式的透明模式对其实现，UML图如下：

URL图

1. 具体公司类
此为树枝节点，实现添加、移除、显示和履行职责四种方法。

public class ConcreteCompany extends Company {

    private List companyList = new ArrayList();
    
    public ConcreteCompany(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void add(Company company) {
        this.companyList.add(company);
    }

    @Override
    public void remove(Company company) {
        this.companyList.remove(company);
    }

    @Override
    public void display(int depth) {
        //输出树形结构
        for(int i=0; i

2. 人力资源部
叶子节点，add和remove方法空实现。

public class HRDepartment extends Company {

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

    @Override
    public void add(Company company) {
        
    }

    @Override
    public void remove(Company company) {
        
    }

    @Override
    public void display(int depth) {
        //输出树形结构的子节点
        for(int i=0; i

3. 财务部
叶子节点，add和remove方法空实现。

public class FinanceDepartment extends Company {
    
    public FinanceDepartment(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void add(Company company) {
        
    }

    @Override
    public void remove(Company company) {
        
    }

    @Override
    public void display(int depth) {
        //输出树形结构的子节点
        for(int i=0; i

4. Client客户端

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //总公司
        ConcreteCompany root = new ConcreteCompany("北京总公司");
        root.add(new HRDepartment("总公司人力资源部"));
        root.add(new FinanceDepartment("总公司财务部"));
        
        //分公司
        ConcreteCompany company = new ConcreteCompany("上海华东分公司");
        company.add(new HRDepartment("华东分公司人力资源部"));
        company.add(new FinanceDepartment("华东分公司财务部"));
        root.add(company);
        
        //办事处
        ConcreteCompany company1 = new ConcreteCompany("南京办事处");
        company1.add(new HRDepartment("南京办事处人力资源部"));
        company1.add(new FinanceDepartment("南京办事处财务部"));
        company.add(company1);
        
        ConcreteCompany company2 = new ConcreteCompany("杭州办事处");
        company2.add(new HRDepartment("杭州办事处人力资源部"));
        company2.add(new FinanceDepartment("杭州办事处财务部"));
        company.add(company2);
        
        System.out.println("结构图：");
        root.display(1);
        
        System.out.println("\n职责：");
        root.lineOfDuty();
    }
    
}

运行结果如下：

image

        组合模式这样就定义了包含人力资源部和财务部这些基本对象和分公司、办事处等组合对象的类层次结构。
        基本对象可以被组合成更复杂的组合对象，而这个组合对象又可以被组合，这样不断地递归下去，客户代码中，任何用到基本对象的地方都可以使用组合对象了。
        这里用了透明模式，用户不用关心到底是处理一个叶节点还是处理一个组合组件，也就用不着为定义组合而写一些选择判断语句了。简单点说就是组合模式可以让客户一致地使用组合结构和单个对象。

组合模式的应用场景

前面分析了组合模式的结构与特点，下面分析它适用的以下应用场景。
1.在需要表示一个对象整体与部分的层次结构的场合。
2.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。

组合模式的扩展

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。复杂的组合模式的结构图如下图所示。

复杂的组合模式的结构图