结构型——组合模式

组合模式

组合模式是一种结构型设计模式，用于将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次关系。使得客户端能够以统一的方式处理单个对象和组合对象

特点

• 统一接口：客户端无需区分操作的是单个对象还是组合对象。
• 递归结构：组合对象可以嵌套其他组合对象或者叶子节点，形成树形结构。
• 透明性：所有的方法都在已抽象组件中声明
• 动态拓展：新增组件类型时，无需修改现有代码

模式结构

角色	描述
抽象组件 (Component)	定义组合对象和叶子对象的共有接口，声明管理叶子组件的方法。
叶子 (Leaf)	定义叶子对象（无子节点）的行为，实现抽象组件所声明的接口。
组合 (Composite)	定义组合对象（包含子组件的复杂对象）的行为，实现抽象组件所声明的接口。

简单示例

from abc import ABC, abstractmethod
from typing import List

# 抽象组件
class FileSystem(ABC):
    @abstractmethod
    def display(self, indent: int=0) -> None: pass

    def add(self, Composite: 'FileSystem') -> None:
        raise NotImplementedError("叶子节点不支持添加子节点")

    def remove(self, Composite: 'FileSystem') -> None:
        raise NotImplementedError("叶子节点不支持删除子节点")

# 叶子节点
class File(FileSystem):
    def __init__(self, name: str) -> None:
        self.name = name

    def display(self, indent: int=0) -> None:
        print("|  " * indent + "|--" + self.name)

    # 叶子节点的其他方法已经在抽象组件中声明

# 组合节点
class Directory(FileSystem):
    def __init__(self, name: str) -> None:
        self.name = name
        self.children: List[FileSystem] = []

    def display(self, indent: int=0) -> None:
        print("|  " * indent + "|--" + self.name)
        for child in self.children:
            child.display(indent + 1)

    def add(self, child: FileSystem) -> None:
        self.children.append(child)
    
    def remove(self, child: FileSystem) -> None:
        self.children.remove(child)


# 客户端使用
if __name__ == "__main__":
    root = Directory("root")
    tmp = Directory("tmp")
    bin = Directory("bin")
    root.add(tmp)
    root.add(bin)

    file1 = File("file1.txt")
    file2 = File("file2.txt")
    tmp.add(file1)
    bin.add(file2)

    root.display()
    # |--root
    # |  |--tmp
    # |  |  |--file1.txt
    # |  |--bin
    # |  |  |--file2.txt

    bin.remove(file2)
    root.display()
    # |--root
    # |  |--tmp
    # |  |  |--file1.txt
    # |  |--bin

优缺点

• 优点
  • 支持递归操作，即对树形结构可以进行统一的处理
  • 灵活拓展新组件类型
  • 简化客户端的使用，全部都是统一接口
• 缺点
  • 透明式设计在叶子节点上可能未实现某些操作导致运行错误
  • 组合层次过深时调试困难

使用场景

• 菜单栏（菜单项和子菜单）
• 文件系统（文件夹和文件）
• 组织架构（部门和员工）