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公告

一、引言

      今天我们要讲【结构型】设计模式的第四个模式,该模式是【组合模式】,英文名称是:Composite Pattern。当我们谈到这个模式的时候,有一个物件和这个模式很像,也符合这个模式要表达的意思,那就是“俄罗斯套娃”。“俄罗斯套娃”就是大的瓷器娃娃里面装着一个小的瓷器娃娃,小的瓷器娃娃里面再装着更小的瓷器娃娃,直到最后一个不能再装更小的瓷器娃娃的那个瓷器娃娃为止(有点绕,下面我会配图,一看就明白)。在我们的操作系统中有文件夹的概念,文件夹可以包含文件夹,可以嵌套多层,最里面包含的是文件,这个概念和“俄罗斯套娃”很像。当然还有很多的例子,例如我们使用系统的时候,会使用到“系统菜单”,这个东西是树形结构。这些例子包含的这些东西或者说是对象,可以分为两类,一类是:容器对象,可以包含其他的子对象;另一类是:叶子对象,这类对象是不能在包含其他对象的对象了。在软件设计中,我们该怎么处理这种情况呢?是每类对象分别对待,还是提供一个统一的操作方式呢。组合模式给我们提供了一种解决此类问题的一个途径,接下来我们就好好的介绍一下“组合模式”吧。

      

二、组合模式的详细介绍

2.1、动机(Motivate)

     客户代码过多地依赖于对象容器(对象容器是对象的容器,细细评味)复杂的内部实现结构,对象容器内部实现结构(而非抽象接口)的变化将引起客户代码的频繁变化,带来了代码的维护性、扩展性等方面的弊端。如何将“客户代码与复杂的对象容器结构”解耦?如何让对象容器自己来实现自身的复杂结构,从而使得客户代码就像处理简单对象一样来处理复杂的对象容器?

2.2、意图(Intent)

     将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。         ——  《设计模式》GoF

2.3、结构图(Structure)

     

2.4、模式的组成
    
    组合模式中涉及到三个角色:

    (1)、抽象构件角色(Component):这是一个抽象角色,它给参加组合的对象定义出了公共的接口及默认行为,可以用来管理所有的子对象(在透明式的组合模式是这样的)。在安全式的组合模式里,构件角色并不定义出管理子对象的方法,这一定义由树枝结构对象给出。

    (2)、树叶构件角色(Leaf):树叶对象是没有下级子对象的对象,定义出参加组合的原始对象的行为。(原始对象的行为可以理解为没有容器对象管理子对象的方法,或者 【原始对象行为】+【管理子对象的行为(Add,Remove等)】=面对客户代码的接口行为集合)

    (3)、树枝构件角色(Composite):代表参加组合的有下级子对象的对象,树枝对象给出所有管理子对象的方法实现,如Add、Remove等。

   组合模式实现的最关键的地方是——简单对象和复合对象必须实现相同的接口。这就是组合模式能够将组合对象和简单对象进行一致处理的原因。

2.5、组合模式的具体代码实现

        组合模式有两种实现方式,一种是:透明式的组合模式,另外一种是:安全式的组合模式。在这里我就详细说一下何为“透明式”,何为“安全式”。所谓透明式是指“抽象构件角色”定义的接口行为集合包含两个部分,一部分是叶子对象本身所包含的行为(比如Operation),另外一部分是容器对象本身所包含的管理子对象的行为(Add,Remove)。这个抽象构件必须同时包含这两类对象所有的行为,客户端代码才会透明的使用,无论调用容器对象还是叶子对象,接口方法都是一样的,这就是透明,针对客户端代码的透明,但是也有他自己的问题,叶子对象不会包含自己的子对象,为什么要有Add,Remove等类似方法呢,调用叶子对象这样的方法可能(注意:我这里说的是可能,因为有些人会把这些方法实现为空,不做任何动作,当然也不会有异常抛出了,不要抬杠)会抛出异常,这样就不安全了,然后人们就提出了“安全式的组合模式”。所谓安全式是指“抽象构件角色”只定义叶子对象的方法,确切的说这个抽象构件只定义两类对象共有的行为,然后容器对象的方法定义在“树枝构件角色”上,这样叶子对象有叶子对象的方法,容器对象有容器对象的方法,这样责任很明确,当然调用肯定不会抛出异常了。大家可以根据自己的情况自行选择是实现为“透视式”还是“安全式”的,以下我们会针对这两种情况都有实现,具体实现如下:

 1 namespace 透明式的组合模式的实现
 2 {
 3     /// <summary>
 4     /// 该抽象类就是文件夹抽象接口的定义,该类型就相当于是抽象构件Component类型
 5     /// </summary>
 6     public abstract class Folder
 7     {
 8         //增加文件夹或文件
 9         public abstract void Add(Folder folder);
10 
11         //删除文件夹或者文件
12         public abstract void Remove(Folder folder);
13 
14         //打开文件或者文件夹--该操作相当于Component类型的Operation方法
15         public abstract void Open();
16     }
17 
18     /// <summary>
19     /// 该Word文档类就是叶子构件的定义,该类型就相当于是Leaf类型,不能在包含子对象
20     /// </summary>
21     public sealed class Word : Folder
22     {
23         //增加文件夹或文件
24         public override void Add(Folder folder)
25         {
26             throw new Exception("Word文档不具有该功能");
27         }
28 
29         //删除文件夹或者文件
30         public override void Remove(Folder folder)
31         {
32             throw new Exception("Word文档不具有该功能");
33         }
34 
35         //打开文件--该操作相当于Component类型的Operation方法
36         public override void Open()
37         {
38             Console.WriteLine("打开Word文档,开始进行编辑");
39         }
40     }
41 
42     /// <summary>
43     /// SonFolder类型就是树枝构件,由于我们使用的是“透明式”,所以Add,Remove都是从Folder类型继承下来的
44     /// </summary>
45     public class SonFolder : Folder
46     {
47         //增加文件夹或文件
48         public override void Add(Folder folder)
49         {
50             Console.WriteLine("文件或者文件夹已经增加成功");
51         }
52 
53         //删除文件夹或者文件
54         public override void Remove(Folder folder)
55         {
56             Console.WriteLine("文件或者文件夹已经删除成功");
57         }
58 
59         //打开文件夹--该操作相当于Component类型的Operation方法
60         public override void Open()
61         {
62             Console.WriteLine("已经打开当前文件夹");
63         }
64     }
65 
66     public class Program
67     {
68         static void Main()
69         {
70 
71             Folder myword = new Word();
72 
73             myword.Open();//打开文件,处理文件
74 
75             myword.Add(new SonFolder());//抛出异常
76             myword.Remove(new SonFolder());//抛出异常
77 
78 
79             Folder myfolder = new SonFolder();
80             myfolder.Open();//打开文件夹
81 
82             myfolder.Add(new SonFolder());//成功增加文件或者文件夹
83             myfolder.Remove(new SonFolder());//成功删除文件或者文件夹
84 
85             Console.Read();
86         }
87     }
88 }


   以上代码就是“透明式的组合模式”实现,以下代码就是“安全式的组合模式”实现:

 1 namespace 安全式的组合模式的实现
 2 {
 3     /// <summary>
 4     /// 该抽象类就是文件夹抽象接口的定义,该类型就相当于是抽象构件Component类型
 5     /// </summary>
 6     public abstract class Folder //该类型少了容器对象管理子对象的方法的定义,换了地方,在树枝构件也就是SonFolder类型
 7     {
 8         //打开文件或者文件夹--该操作相当于Component类型的Operation方法
 9         public abstract void Open();
10     }
11 
12     /// <summary>
13     /// 该Word文档类就是叶子构件的定义,该类型就相当于是Leaf类型,不能在包含子对象
14     /// </summary>
15     public sealed class Word : Folder  //这类型现在很干净
16     {
17         //打开文件--该操作相当于Component类型的Operation方法
18         public override void Open()
19         {
20             Console.WriteLine("打开Word文档,开始进行编辑");
21         }
22     }
23 
24     /// <summary>
25     /// SonFolder类型就是树枝构件,现在由于我们使用的是“安全式”,所以Add,Remove都是从此处开始定义的
26     /// </summary>
27     public abstract class SonFolder : Folder //这里可以是抽象接口,可以自己根据自己的情况而定
28     {
29         //增加文件夹或文件
30         public abstract void Add(Folder folder);
31 
32         //删除文件夹或者文件
33         public abstract void Remove(Folder folder);
34 
35         //打开文件夹--该操作相当于Component类型的Operation方法
36         public override void Open()
37         {
38             Console.WriteLine("已经打开当前文件夹");
39         }
40     }
41 
42     /// <summary>
43     /// NextFolder类型就是树枝构件的实现类
44     /// </summary>
45     public sealed class NextFolder : SonFolder
46     {
47         //增加文件夹或文件
48         public override void Add(Folder folder)
49         {
50             Console.WriteLine("文件或者文件夹已经增加成功");
51         }
52 
53         //删除文件夹或者文件
54         public override void Remove(Folder folder)
55         {
56             Console.WriteLine("文件或者文件夹已经删除成功");
57         }
58 
59         //打开文件夹--该操作相当于Component类型的Operation方法
60         public override void Open()
61         {
62             Console.WriteLine("已经打开当前文件夹");
63         }
64     }
65 
66     public class Program
67     {
68         static void Main()
69         {
70             //这是安全的组合模式
71             Folder myword = new Word();
72 
73             myword.Open();//打开文件,处理文件
74 
75 
76             Folder myfolder = new NextFolder();
77             myfolder.Open();//打开文件夹
78 
79             //此处要是用增加和删除功能,需要转型的操作,否则不能使用
80             ((SonFolder)myfolder).Add(new NextFolder());//成功增加文件或者文件夹
81             ((SonFolder)myfolder).Remove(new NextFolder());//成功删除文件或者文件夹
82 
83             Console.Read();
84         }
85     }
86 }


   这个模式不是很难,仔细体会实现关键点,最重要理解模式的意图,结合结构图,大家好好体会一下。

三、组合模式的实现要点:
    
    1、Composite模式采用树形结构来实现普遍存在的对象容器,从而将“一对多”的关系转化为“一对一”的关系,使得客户代码可以一致地处理对象和对象容器,无需关心处理的是单个的对象,还是组合的对象容器。

    2、将“客户代码与复杂的对象容器结构”解耦是Composite模式的核心思想,解耦之后,客户代码将与纯粹的抽象接口——而非对象容器的复杂内部实现结构——发生依赖关系,从而更能“应对变化”。

    3、Composite模式中,是将“Add和Remove等和对象容器相关的方法”定义在“表示抽象对象的Component类”中,还是将其定义在“表示对象容器的Composite类”中,是一个关乎“透明性”和“安全性”的两难问题,需要仔细权衡。这里有可能违背面向对象的“单一职责原则”,但是对于这种特殊结构,这又是必须付出的代价。ASP.Net控件的实现在这方面为我们提供了一个很好的示范。

    4、Composite模式在具体实现中,可以让父对象中的子对象反向追朔;如果父对象有频繁的遍历需求,可使用缓存技巧来改善效率。

    3.1】、组合模式的优点:

          (1)、组合模式使得客户端代码可以一致地处理对象和对象容器,无需关系处理的单个对象,还是组合的对象容器。

          (2)、将”客户代码与复杂的对象容器结构“解耦。

          (3)、可以更容易地往组合对象中加入新的构件。

     3.2】、组合模式的缺点:

          (1)、使得设计更加复杂。客户端需要花更多时间理清类之间的层次关系。(这个是几乎所有设计模式所面临的问题)。

      3.3】、在以下情况下应该考虑使用组合模式:

           (1)、需要表示一个对象整体或部分的层次结构。

           (2)、希望用户忽略组合对象与单个对象的不同,用户将统一地使用组合结构中的所有对象。

四、.NET 中组合模式的实现

       其实组合模式在FCL里面运用还是很多的,不知道大家是不是有所感觉,这个模式大多数是运用在控件上或者是和界面操作、展示相关的操作上。这个模式在.NET 中最典型的应用就是应用与WinForms和Web的开发中,在.NET类库中,都为这两个平台提供了很多现有的控件,然而System.Windows.Forms.dll中System.Windows.Forms.Control类就应用了组合模式,因为控件包括Label、TextBox等这样的简单控件,这些控件可以理解为叶子对象,同时也包括GroupBox、DataGrid这样复合的控件或者叫容器控件,每个控件都需要调用OnPaint方法来进行控件显示,为了表示这种对象之间整体与部分的层次结构,微软把Control类的实现应用了组合模式(确切地说应用了透明式的组合模式)。

五、总结

      我写文章,怎么也要3个小时,也要读上好几遍,防止有错字错句的出现。我也想把握的理解更好融进我写的文章中,但是能力有限,欢迎大家来批评指正,我也会从中收益。今天的文章就写到这里了,模式这个东西就像“独孤九剑”,不要死记硬背,要多看看别人的,多写写代码,要理解场景和意图,多写多练吧,你就有可能成为一代大侠。模式学无止境,我也是刚刚开始。

posted on 2017-10-27 14:36 可均可可 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏