C#设计模式(10)——组合模式（Composite Pattern）

1、引言

在软件开发过程当中，咱们常常会遇处处理简单对象和复合对象的状况，例如对操做系统中目录的处理就是这样的一个例子，由于目录能够包括单独的文件，也能够包括文件夹，文件夹又是由文件组成的，因为简单对象和复合对象在功能上区别，致使在操做过程当中必须区分简单对象和复合对象，这样就会致使客户调用带来没必要要的麻烦，然而做为客户，它们但愿可以始终一致地对待简单对象和复合对象。然而组合模式就是解决这样的问题。下面让咱们看看组合模式是怎样解决这个问题的。

2、组合模式的详细介绍

2.1 组合模式的定义

组合模式容许你将对象组合成树形结构来表现”部分-总体“的层次结构，使得客户以一致的方式处理单个对象以及对象的组合。下面咱们用绘制的例子来详细介绍组合模式，图形能够由一些基本图形元素组成（如直线，圆等），也能够由一些复杂图形组成（由基本图形元素组合而成），为了使客户对基本图形和复杂图形的调用保持一致，咱们使用组合模式来达到整个目的。

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。这就是组合模式可以将组合对象和简单对象进行一致处理的缘由。

2.2 组合模式的实现

介绍完组合模式的定义以后，让咱们以图形的例子来实现组合模式，具体代码以下：

 // 经过一些简单图形以及一些复杂图形构建图形树来演示组合模式 // 客户端调用 class Client { static void Main(string[] args) { ComplexGraphics complexGraphics = new ComplexGraphics("一个复杂图形和两条线段组成的复杂图形"); complexGraphics.Add(new Line("线段A")); ComplexGraphics CompositeCG = new ComplexGraphics("一个圆和一条线组成的复杂图形"); CompositeCG.Add(new Circle("圆")); CompositeCG.Add(new Circle("线段B")); complexGraphics.Add(CompositeCG); Line l = new Line("线段C"); complexGraphics.Add(l); // 显示复杂图形的画法 Console.WriteLine("复杂图形的绘制以下："); Console.WriteLine("---------------------"); complexGraphics.Draw(); Console.WriteLine("复杂图形绘制完成"); Console.WriteLine("---------------------"); Console.WriteLine(); // 移除一个组件再显示复杂图形的画法  complexGraphics.Remove(l); Console.WriteLine("移除线段C后，复杂图形的绘制以下："); Console.WriteLine("---------------------"); complexGraphics.Draw(); Console.WriteLine("复杂图形绘制完成"); Console.WriteLine("---------------------"); Console.Read(); } } /// <summary> /// 图形抽象类， /// </summary> public abstract class Graphics { public string Name { get; set; } public Graphics(string name) { this.Name = name; } public abstract void Draw(); public abstract void Add(Graphics g); public abstract void Remove(Graphics g); } /// <summary> /// 简单图形类——线 /// </summary> public class Line : Graphics { public Line(string name) : base(name) { } // 重写父类抽象方法 public override void Draw() { Console.WriteLine("画 " + Name); } // 由于简单图形在添加或移除其余图形，因此简单图形Add或Remove方法没有任何意义 // 若是客户端调用了简单图形的Add或Remove方法将会在运行时抛出异常 // 咱们能够在客户端捕获该类移除并处理 public override void Add(Graphics g) { throw new Exception("不能向简单图形Line添加其余图形"); } public override void Remove(Graphics g) { throw new Exception("不能向简单图形Line移除其余图形"); } } /// <summary> /// 简单图形类——圆 /// </summary> public class Circle : Graphics { public Circle(string name) : base(name) { } // 重写父类抽象方法 public override void Draw() { Console.WriteLine("画 " + Name); } public override void Add(Graphics g) { throw new Exception("不能向简单图形Circle添加其余图形"); } public override void Remove(Graphics g) { throw new Exception("不能向简单图形Circle移除其余图形"); } } /// <summary> /// 复杂图形，由一些简单图形组成,这里假设该复杂图形由一个圆两条线组成的复杂图形 /// </summary> public class ComplexGraphics : Graphics { private List<Graphics> complexGraphicsList = new List<Graphics>(); public ComplexGraphics(string name) : base(name) { } /// <summary> /// 复杂图形的画法 /// </summary> public override void Draw() { foreach (Graphics g in complexGraphicsList) { g.Draw(); } } public override void Add(Graphics g) { complexGraphicsList.Add(g); } public override void Remove(Graphics g) { complexGraphicsList.Remove(g); } }

因为基本图形对象不存在Add和Remove方法，上面实现中直接经过抛出一个异常的方式来解决这样的问题的，可是咱们想以一种更安全的方式来解决——由于基本图形根本不存在这样的方法，咱们是否是能够移除这些方法呢？为了移除这些方法，咱们就不得不修改Graphics接口，咱们把管理子对象的方法声明放在复合图形对象里面，这样简单对象Line、Circle使用这些方法时在编译时就会出错，这样的一种实现方式咱们称为安全式的组合模式，然而上面的实现方式称为透明式的组合模式，下面让咱们看看安全式的组合模式又是怎样实现的，具体实现代码以下：

/// 安全式的组合模式 /// 此方式实现的组合模式把管理子对象的方法声明在树枝构件ComplexGraphics类中 /// 这样若是叶子节点Line、Circle使用了Add或Remove方法时，就能在编译期间出现错误 /// 但这种方式虽然解决了透明式组合模式的问题，可是它使得叶子节点和树枝构件具备不同的接口。 /// 因此这两种方式实现的组合模式各有优缺点，具体使用哪一个，能够根据问题的实际状况而定 class Client { static void Main(string[] args) { ComplexGraphics complexGraphics = new ComplexGraphics("一个复杂图形和两条线段组成的复杂图形"); complexGraphics.Add(new Line("线段A")); ComplexGraphics CompositeCG = new ComplexGraphics("一个圆和一条线组成的复杂图形"); CompositeCG.Add(new Circle("圆")); CompositeCG.Add(new Circle("线段B")); complexGraphics.Add(CompositeCG); Line l = new Line("线段C"); complexGraphics.Add(l); // 显示复杂图形的画法 Console.WriteLine("复杂图形的绘制以下："); Console.WriteLine("---------------------"); complexGraphics.Draw(); Console.WriteLine("复杂图形绘制完成"); Console.WriteLine("---------------------"); Console.WriteLine(); // 移除一个组件再显示复杂图形的画法  complexGraphics.Remove(l); Console.WriteLine("移除线段C后，复杂图形的绘制以下："); Console.WriteLine("---------------------"); complexGraphics.Draw(); Console.WriteLine("复杂图形绘制完成"); Console.WriteLine("---------------------"); Console.Read(); } } /// <summary> /// 图形抽象类， /// </summary> public abstract class Graphics { public string Name { get; set; } public Graphics(string name) { this.Name = name; } public abstract void Draw(); // 移除了Add和Remove方法 // 把管理子对象的方法放到了ComplexGraphics类中进行管理 // 由于这些方法只在复杂图形中才有意义  } /// <summary> /// 简单图形类——线 /// </summary> public class Line : Graphics { public Line(string name) : base(name) { } // 重写父类抽象方法 public override void Draw() { Console.WriteLine("画 " + Name); } } /// <summary> /// 简单图形类——圆 /// </summary> public class Circle : Graphics { public Circle(string name) : base(name) { } // 重写父类抽象方法 public override void Draw() { Console.WriteLine("画 " + Name); } } /// <summary> /// 复杂图形，由一些简单图形组成,这里假设该复杂图形由一个圆两条线组成的复杂图形 /// </summary> public class ComplexGraphics : Graphics { private List<Graphics> complexGraphicsList = new List<Graphics>(); public ComplexGraphics(string name) : base(name) { } /// <summary> /// 复杂图形的画法 /// </summary> public override void Draw() { foreach (Graphics g in complexGraphicsList) { g.Draw(); } } public void Add(Graphics g) { complexGraphicsList.Add(g); } public void Remove(Graphics g) { complexGraphicsList.Remove(g); } }

2.3 组合模式的类图

看完了上面二者方式的实现以后，让咱们具体看看组合模式的类图来理清楚组合模式中类之间的关系。

透明式的组合模式类图：

安全式组合模式的类图：

组合模式中涉及到三个角色：

• 抽象构件（Component）角色：这是一个抽象角色，上面实现中Graphics充当这个角色，它给参加组合的对象定义出了公共的接口及默认行为，能够用来管理全部的子对象（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，这必定义由树枝结构对象给出。
• 树叶构件（Leaf）角色：树叶对象时没有下级子对象的对象，上面实现中Line和Circle充当这个角色，定义出参加组合的原始对象的行为
• 树枝构件（Composite）角色：表明参加组合的有下级子对象的对象，上面实现中ComplexGraphics充当这个角色，树枝对象给出全部管理子对象的方法实现，如Add、Remove等。

3、组合模式的优缺点

优势：

1. 组合模式使得客户端代码能够一致地处理对象和对象容器，无需关系处理的单个对象，仍是组合的对象容器。
2. 将”客户代码与复杂的对象容器结构“解耦。
3. 能够更容易地往组合对象中加入新的构件。

缺点：使得设计更加复杂。客户端须要花更多时间理清类之间的层次关系。（这个是几乎全部设计模式所面临的问题）。

注意的问题：

1. 有时候系统须要遍历一个树枝结构的子构件不少次，这时候能够考虑把遍历子构件的结构存储在父构件里面做为缓存。
2. 客户端尽可能不要直接调用树叶类中的方法（在我上面实现就是这样的，建立的是一个树枝的具体对象，应该使用Graphics complexGraphics = new ComplexGraphics("一个复杂图形和两条线段组成的复杂图形");），而是借用其父类（Graphics）的多态性完成调用，这样能够增长代码的复用性。

4、组合模式的使用场景

在如下状况下应该考虑使用组合模式：

1. 须要表示一个对象总体或部分的层次结构。
2. 但愿用户忽略组合对象与单个对象的不一样，用户将统一地使用组合结构中的全部对象。

5、组合模式在.NET中的应用

组合模式在.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不少现有的控件，然而System.Windows.Forms.dll中System.Windows.Forms.Control类就应用了组合模式，由于控件包括Label、TextBox等这样的简单控件，同时也包括GroupBox、DataGrid这样复合的控件，每一个控件都须要调用OnPaint方法来进行控件显示，为了表示这种对象之间总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）。

6、总结

到这里组合模式的介绍就结束了，组合模式解耦了客户程序与复杂元素内部结构，从而使客户程序能够向处理简单元素同样来处理复杂元素。

本文中全部源码：设计模式之组合模式

 

注：转自http://www.cnblogs.com/zhili/p/CompositePattern.html