设计模式学习笔记十七：组合模式（Composite Pattern）

     1.概述

     组合模式有时候又叫做部分-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（Composite Pattern）：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。

     组合模式结构图如下：

     结构图说明：

     （1）Component：组合中的对象声明接口，在适当情况下实现所有类共有的默认行为，声明一个接口用于访问和管理Component的子组件。在递归结构中定义一个接口，用于访问一个父部件，并在合适的情况下实现它。（可选）

     （2）Leaf:在组合中表示叶节点，叶节点没有子节点，定义对象的基本行为。

     （3）Composite：定义有子部件的那些部件的行为，存储子部件并在Component接口实现与子部件有关的操作。

     （4）Client:通过Component接口操作组合部件的对象。

     组合模式基本代码：

    public abstract class Component
    {
        protected string name;

        public Component(string name)
        {
            this.name = name;
        }

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

     Composite:

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

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

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

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

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

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

     Leaf:

    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);
        }
    }

     客户端：

    public class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Composite root = new Composite("root");
            root.Add(new Leaf("Leaf A"));
            root.Add(new Leaf("Leaf B"));

            Composite comp = new Composite("Composite X");
            comp.Add(new Leaf("Leaf XA"));
            comp.Add(new Leaf("Leaf XB"));

            root.Add(comp);

            Composite comp2 = new Composite("Composite XY");
            comp2.Add(new Leaf("Leaf XYA"));
            comp2.Add(new Leaf("Leaf XYB"));

            comp.Add(comp2);

            root.Add(new Leaf("Leaf C"));

            Leaf leaf = new Leaf("Leaf D");
            root.Add(leaf);
            root.Remove(leaf);

            root.Display(1);

            Console.Read();
        }
    }

     可以看出，Composite类型的对象可以包含其它Component类型的对象。换而言之，Composite类型对象可以含有其它的树枝（Composite）类型或树叶（Leaf）类型的对象。

     组合模式的实现根据所实现接口的区别分为两种形式，分别称为安全模式和透明模式。组合模式可以不提供父对象的管理方法，但组合模式必须在合适的地方提供子对象的管理方法（诸如：add、remove等）。安全式的组合模式要求管理聚集的方法只出现在树枝构件类中，而不出现在树叶构件中。与安全式的组合模式不同的是，透明式的组合模式要求所有的具体构件类，不论树枝构件还是树叶构件，均符合一个固定的接口。

     透明模式：也就是说在Component中声明所有用来管理子对象的方法，其中包括Add、Remove等。这样实现Component接口的所有子类都具备了Add和Remove。这样做的好处就是叶节点和枝节点对于外界没有区别，它们具有完全一致的行为接口，但问题也很明显，因为Leaf类本身不具备Add(),Remove()方法的功能，所以实现他是没有意义的。

     安全模式：就是在Component接口中不去声明Add和Remove方法，那么子类的Leaf也就不需要去实现它，而是在Composite声明所有用来管理子类对象的方法，这样就不会出现透明模式出现的问题，不过由于不够透明，所以叶节点和枝节点将不具有相同的接口，客户端调用需要做相应的判断，带来了不便。

     2.实例（大话设计模式）

     大话设计模式中的公司管理系统的结构图如下：

     具体实现代码如下：

    public abstract class Company
    {
        protected string name;

        public Company(string name)
        {
            this.name = name;
        }

        public abstract void Add(Company c);//增加
        public abstract void Remove(Company c);//移除
        public abstract void Display(int depth);//显示
        public abstract void LineOfDuty();//履行职责

    }

    public class ConcreteCompany : Company
    {
        private List<Company> children = new List<Company>();

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

        public override void Add(Company c)
        {
            children.Add(c);
        }

        public override void Remove(Company c)
        {
            children.Remove(c);
        }

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

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

        //履行职责
        public override void LineOfDuty()
        {
            foreach (Company component in children)
            {
                component.LineOfDuty();
            }
        }

    }

    //人力资源部
    public class HRDepartment : Company
    {
        public HRDepartment(string name)
            : base(name)
        { }

        public override void Add(Company c)
        {
        }

        public override void Remove(Company c)
        {
        }

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


        public override void LineOfDuty()
        {
            Console.WriteLine("{0} 员工招聘培训管理", name);
        }
    }

    //财务部
    public class FinanceDepartment : Company
    {
        public FinanceDepartment(string name)
            : base(name)
        { }

        public override void Add(Company c)
        {
        }

        public override void Remove(Company c)
        {
        }

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

        public override void LineOfDuty()
        {
            Console.WriteLine("{0} 公司财务收支管理", name);
        }

    }

     客户端代码：

    public class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            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"));

            ConcreteCompany comp = new ConcreteCompany("上海华东分公司");
            comp.Add(new HRDepartment("华东分公司人力资源部"));
            comp.Add(new FinanceDepartment("华东分公司财务部"));
            root.Add(comp);

            ConcreteCompany comp1 = new ConcreteCompany("南京办事处");
            comp1.Add(new HRDepartment("南京办事处人力资源部"));
            comp1.Add(new FinanceDepartment("南京办事处财务部"));
            comp.Add(comp1);

            ConcreteCompany comp2 = new ConcreteCompany("杭州办事处");
            comp2.Add(new HRDepartment("杭州办事处人力资源部"));
            comp2.Add(new FinanceDepartment("杭州办事处财务部"));
            comp.Add(comp2);


            Console.WriteLine("\n结构图：");

            root.Display(1);

            Console.WriteLine("\n职责：");

            root.LineOfDuty();


            Console.Read();
        }
    }

     在.NET中，一个典型的组合模式实例就是.NET的控件，如Button，TextBox和Label等，这些控件都是继承自Control类，该类自身包含ControlCollection的集合Controls，控件和子控件的逻辑关系如下图：

 

     3.总结

     何时采用组合模式：

     1.需求重要体现部分与整体的层次结构时

     2.你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。

     使用效果：

     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“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溯；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。

     参考资料：

      大化设计模式

     http://terrylee.cnblogs.com/archive/2006/03/11/347919.html