組合模式(Composite Pattern)


  • 組合模式概述

定義:組合多個對象形成樹形結構以表示具有部分-整體關系的層次結構。組合模式讓客戶端可以統一對待單個對象和組合對象。又被成為“部分-整體”(Part-Whole)模式,屬於對象結構性模式

定義什么的,最枯燥了。簡單的來說,就如我們鼠標右擊新建文件夾一樣,在一個磁盤里,我們可以新建一個文件夾A,也可以新建某個類型的文件a,A和a都在同一目錄下,當然,我們也可以點擊進入文件夾A,在A中新建新的文件夾B,也可以在A中新建文件b。只要是文件夾,就可以在里面繼續新建文件夾和文件,而文件則只能用來放數據,不能在新建了。

當然,也可以通過win+r調出運行,輸入cmd(commmand),進入你想查看文件的磁盤,輸入tree命令,就可以結構性的查看所有文件。在上述圖中可以看出文件結構就如同一棵樹,有文件夾,有文件,我們把文件成為葉子(Laef),因為文件不能再展開了,就如樹形結構中葉子是最底層了;把文件夾稱為容器(Container),因為文件夾里既可以文件夾,又可以放文件。當想要查看一個磁盤的所有文件時,可以使用DFS(深度優先搜索)即遞歸的對每個文件夾進行同樣的搜索,一條路走到底,當訪問到葉子結點時,再退回去訪問別的結點。

  • 組合模式結構和實現

  1. Component(抽象構件):它可以是接口或抽象類,為葉子構件和容器構件對象聲明接口。定義了訪問管理它的子構件的方法,就是對一個子構件該有的操作都應該在這聲明,如創建子構件,刪除子構件,打開子構件,重命名子構件,復制子構件.......
  2. Leaf(葉子構件):代表一個文件,實現在Component中的行為,即對文件的操作,可以是讀文件,寫文件,刪除文件,復制文件......
  3. Composite(容器構件):代表一個文件夾,它提供一個集合放子節點,可以是文件夾,也可以是文件,所以它有一個聚合箭頭指向Component,代表可以遞歸的創建構件
 1 abstract class Component
 2 {
 3     public abstract void Add(Component c);
 4     public abstract void Remove(Component c);
 5     public abstract Component GetChild(int i);
 6     public abstract void Operation();
 7 }
 8 class Leaf : Component
 9 {
10     public override void Add(Component c)
11     {
12         //throw new NotImplementedException();//這里是報錯,葉子文件沒有此方法的
13     }
14     
15     public override void Remove(Component c)
16     {
17         //throw new NotImplementedException();//同上
18     }
19     
20     public override Component GetChild(int i )
21     {
22         //throw new NotImplementedException();//同上
23         return null;
24     }
25     
26     public override void Operation()
27     {
28         //對文件的可執行方法
29     }    
30 }
31 class Composite : Component
32 {
33     private IList<Component> list = new List<Component>();//這里通鏈表容器存放文件夾
34     public override void Add(Component c)
35     {
36         list.Add(c);
37     }
38     
39     public override void Remoce(Component c)
40     {
41         list.Remove(c);
42     }
43     
44     public override Component GetChild(int i )
45     {
46         return (Component)list(c);
47     }
48     
49     public override void Operation()
50     {
51         //遞歸實現容器中的對文件的方法
52         foreach(Component child in list)
53         {
54             (Component)child.Operation();
55         }
56     }    
57 }
  • 組合模式的應用

 教育機構的OA系統要給各辦公室下發公文(IssuedBytheOfficeDoucument),采用組合模式模擬實現

分析:從圖中可以看出,北京總部,湖南分校,長沙叫教學點,湘潭教學點這幾個有子構件,所以它們為文件容器,而教務辦公室,行政辦公室即為葉子,當然,每個葉子是不同的,要區別開。因此我們定義一個抽象機構類(AbstractInstitutions),其中聲明Add,Remove,GetChild和IssuedBytheOfficeDoucument方法

1  abstract class AbstractInstitutions//Component
2     {
3         public abstract void Add(AbstractInstitutions institutions);
4         public abstract void Remove(AbstractInstitutions institutions);
5         public abstract AbstractInstitutions GetChild(int i);
6         public abstract void IssuedBytheOfficeDoucument();
7     }
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教務辦公室,有自己的名字,即哪一個教務辦公室,它只能收到下發的公文

 1  class AcademicAffairsOffice : AbstractInstitutions//Leaf 教務辦公室
 2     {
 3         private string name;
 4         public AcademicAffairsOffice(string name)
 5         {
 6             this.name = name;
 7         }
 8         public override void Add(AbstractInstitutions institutions)
 9         {
10             Console.WriteLine("Can't realize this method!!!");
11         }
12 
13         public override void Remove(AbstractInstitutions institutions)
14         {
15             Console.WriteLine("Can't realize this method!!!");
16         }
17 
18         public override AbstractInstitutions GetChild(int i)
19         {
20             Console.WriteLine("Can't realize this method!!!");
21             return null;
22         }
23 
24         public override void IssuedBytheOfficeDoucument()
25         {
26             Console.WriteLine("issued by the office doucument to the {0}",name);
27         }
28     }
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行政辦公室和教務辦公室類似的實現

 1 class AdministrationOffice : AbstractInstitutions//Leaf  行政辦公室
 2     {
 3          private string name;
 4         public AdministrationOffice(string name)
 5         {
 6             this.name = name;
 7         }
 8 
 9         public override void Add(AbstractInstitutions institutions)
10         {
11             Console.WriteLine("Can't realize this method!!!");
12         }
13 
14         public override void Remove(AbstractInstitutions institutions)
15         {
16             Console.WriteLine("Can't realize this method!!!");
17         }
18 
19         public override AbstractInstitutions GetChild(int i)
20         {
21             Console.WriteLine("Can't realize this method!!!");
22             return null;
23         }
24 
25         public override void IssuedBytheOfficeDoucument()
26         {
27             Console.WriteLine("issued by the office doucument to the {0}", name);
28         }
29     }
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容器類中實現抽象構件中的方法,並且要向下屬機構下發公文

 1 class TeachArea : AbstractInstitutions//Composite //教學點
 2     {
 3         private string name;
 4         private IList<AbstractInstitutions> AreaList = new List<AbstractInstitutions>();
 5        
 6         public TeachArea(String name)
 7         {
 8             this.name = name;
 9         }
10 
11         public override void Add(AbstractInstitutions institutions)
12         {
13             AreaList.Add(institutions);
14         }
15 
16         public override void Remove(AbstractInstitutions institutions)
17         {
18             AreaList.Remove(institutions);
19         }
20 
21         public override AbstractInstitutions GetChild(int i)
22         {
23             return (AbstractInstitutions)AreaList[i];
24         }
25 
26         public override void IssuedBytheOfficeDoucument()
27         {
28             Console.WriteLine("Issue official documents to the {0}", name);
29             foreach (Object obj in AreaList)
30             {
31                 ((AbstractInstitutions)obj).IssuedBytheOfficeDoucument();
32             }
33         }
34     }
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Program中,要將所有的機構創建出來,並一一Add到對應的容器中,最后有由北京總部向下發送公文

 1 class Program
 2     {
 3         static void Main(string[] args)
 4         {
 5             AbstractInstitutions BeijingHeadquarters;
 6             BeijingHeadquarters = new TeachArea("BeijingHeadquarters");
 7 
 8             AbstractInstitutions BeijingAcademicAffairsOffice;
 9             BeijingAcademicAffairsOffice = new AcademicAffairsOffice("BeijingAcademicAffairsOffice");
10             AdministrationOffice BeijingAdministrationOffice;
11             BeijingAdministrationOffice = new AdministrationOffice("BeijingAdministrationOffice");
12 
13             AbstractInstitutions HunanPartition;
14             HunanPartition = new TeachArea("HunanPartition");
15 
16             AbstractInstitutions HunanChangshaArea;
17             HunanChangshaArea = new TeachArea("HunanChangshaArea");
18 
19             AbstractInstitutions HunanXiangtanArea;
20             HunanXiangtanArea = new TeachArea("HunanXiangtanArea");
21 
22             AbstractInstitutions HunanAcademicAffairOffice;
23             HunanAcademicAffairOffice = new AcademicAffairsOffice("HunanAcademicAffairOffice");
24             AbstractInstitutions HunanAdministrationOffice;
25             HunanAdministrationOffice = new AdministrationOffice("HunanAdministrationOffice");
26 
27             Console.WriteLine();
28             AbstractInstitutions ChangshaAcademicAffairOffice;
29             ChangshaAcademicAffairOffice = new AcademicAffairsOffice("ChangshaAcademicAffairOffice");
30 
31             AbstractInstitutions ChangshaAdministrationOffice;
32             ChangshaAdministrationOffice = new AdministrationOffice("ChangshaAdministrationOffice");
33             AbstractInstitutions XiangtanAcademicAffairOffice;
34             XiangtanAcademicAffairOffice = new AcademicAffairsOffice("XiangtanAcademicAffairOffice");
35 
36             AbstractInstitutions XiangtanAdministrationOffice;
37             XiangtanAdministrationOffice = new AdministrationOffice("XiangtanAdministrationOffice");
38 
39             HunanChangshaArea.Add(ChangshaAcademicAffairOffice);
40             HunanChangshaArea.Add(ChangshaAdministrationOffice);
41 
42             HunanXiangtanArea.Add(XiangtanAcademicAffairOffice);
43             HunanXiangtanArea.Add(XiangtanAdministrationOffice);
44 
45             HunanPartition.Add(HunanChangshaArea);
46             HunanPartition.Add(HunanXiangtanArea);
47             HunanPartition.Add(HunanAcademicAffairOffice);
48             HunanPartition.Add(HunanAdministrationOffice);
49 
50             BeijingHeadquarters.Add(BeijingAcademicAffairsOffice);
51             BeijingHeadquarters.Add(BeijingAdministrationOffice);
52             BeijingHeadquarters.Add(HunanPartition);
53             BeijingHeadquarters.IssuedBytheOfficeDoucument();
54         }
55     }
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運行結果:

  • 透明組合模式和安全組合模式

  • 透明組合模式

Component中聲明所有的方法,這樣滿足了一致性的原則,即對葉子和容器對象都是一樣的處理,不需用再去判斷,這個對象是葉子還是容器啊,如果是容器,可以實現哪些方法,如果是葉子,又只能實現哪些方法。這些判斷都不需要。但是,由於葉子也繼承了Component的方法,因此不安全,葉子對象不能調用Add,Remove,GetChild的方法,如果運行時調用,會出錯,因此要提供錯誤處理代碼(如上述例子中的( Console.WriteLine("Can't realize this method!!!");

  • 安全組合模式

Component中沒有聲明任何方法,而是在Composite中聲明並實現,這樣做不會因為Leaf調用錯誤的方法而報錯,但缺點是不夠透明,即要區別的對待葉子構件和容器構件,但是日常使用是很多的,畢竟安全的往往好很多

上面的例子使用了透明組合模式

  • 組合模式的優缺點和適用環境

  • 組合模式的優點:
  1. 可以清楚的定義分層次的復雜對象,表示對象的全部會部分層次,讓客戶忽略層次的差異,方便控制
  2. 客戶端可以一致性的使用一個組合結構或其中單個對象,不必關心處理的是單個對象(葉子文件)還是組合結構(文件夾容器),簡化了客戶端代碼
  3. 增加新的容器構件和葉子構件很方便
  4. 為樹型結構的面向對象實現了一種靈活的解決方案
  • 組合模式的缺點:
  1. 在增加新的構件時很難對容器中的構件類型進行控制。如果我希望文件夾里只能放文件時,則需要復雜的實現過程來實現
  • 組合模式的適用環境
  1. 在具有整體和部分層次的結構中,希望通過一種方式忽略整體與部分的差異,一致的對待它們
  2. 在一個使用面向對象語言開發的系統中要處理一個樹形結構時
  3. 在一個系統總能夠分離出葉子和容器對象,而且它們的類型不固定,需要增加一些新的類型

 


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