合成(Composite)模式

合成（Composite）模式

一、合成（Composite）模式

合成模式有时又叫做部分－整体模式（Part-Whole）。合成模式将对象组织到树结构中，可以用来描述整体与部分的关系。合成模式可以使客户端将单纯元素与复合元素同等看待。从和尚的故事谈起

这是小时候我奶奶讲的故事：从前有个山，山里有个庙，庙里有个老和尚在给小和尚讲故事，讲的什么故事呢？从前有个山，山里有个庙……。奶奶的故事要循环多少次，根据你多长时间睡着而定。在故事中有山、有庙、有和尚、有故事。因此，故事的角色有两种：一种里面没有其它角色；另一种内部有其它角色。

对象的树结构

一个树结构由两种节点组成：树枝节点和树叶节点。树枝节点可以有子节点，而一个树叶节点不可以有子节点。除了根节点外，其它节点有且只有一个父节点。

注意：一个树枝节点可以不带任何叶子，但是它因为有带叶子的能力，因此仍然是树枝节点，而不会成为叶节点。一个树叶节点永远不可能带有子节点。

二、合成模式概述

下图所示的类图省略了各个角色的细节。

可以看出，上面的类图结构涉及到三个角色：

?抽象构件（Component）角色：这是一个抽象角色，它给参与组合的对象规定一个接口。这个角色给出共有接口及其默认行为。

?树叶构件（Leaf）角色：代表参加组合的树叶对象。一个树叶对象没有下级子对象。

?树枝构件（Composite）角色：代表参加组合的有子对象的对象，并给出树枝构件对象的行为。

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。

合成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。合成模式可以不提供父对象的管理方法，但合成模式必须在合适的地方提供子对象的管理方法（诸如：add、remove、getChild等）。

透明方式

作为第一种选择，在Component里面声明所有的用来管理子类对象的方法，包括add（）、remove（），以及getChild（）方法。这样做的好处是所有的构件类都有相同的接口。在客户端看来，树叶类对象与合成类对象的区别起码在接口层次上消失了，客户端可以同等同的对待所有的对象。这就是透明形式的合成模式。

这个选择的缺点是不够安全，因为树叶类对象和合成类对象在本质上是有区别的。树叶类对象不可能有下一个层次的对象，因此add（）、remove（）以及getChild（）方法没有意义，是在编译时期不会出错，而只会在运行时期才会出错。

安全方式

第二种选择是在Composite类里面声明所有的用来管理子类对象的方法。这样的做法是安全的做法，因为树叶类型的对象根本就没有管理子类对象的方法，因此，如果客户端对树叶类对象使用这些方法时，程序会在编译时期出错。

这个选择的缺点是不够透明，因为树叶类和合成类将具有不同的接口。

这两个形式各有优缺点，需要根据软件的具体情况做出取舍决定。

三、安全式的合成模式的结构

安全式的合成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。

这种形式涉及到三个角色：

?抽象构件(Component)角色：这是一个抽象角色，它给参加组合的对象定义出公共的接口及其默认行为，可以用来管理所有的子对象。在安全式的合成模式里，构件角色并不是定义出管理子对象的方法，这一定义由树枝构件对象给出。

?树叶构件（Leaf）角色：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。

?树枝构件（Composite）角色：代表参加组合的有下级子对象的对象。树枝对象给出所有的管理子对象的方法，如add（）、remove（）、getChild（）等。

四、安全式的合成模式实现

以下示例性代码演示了安全式的合成模式代码：

// Composite pattern -- Structural example

using System;

using System.Text;

using System.Collections;

// "Component"

abstract class Component

{

// Fields

protected string name;

// Constructors

public Component( string name )

{

https://www.360docs.net/doc/cb13673357.html, = name;

}

// Operation

public abstract void Display( int depth );

}

// "Composite"

class Composite : Component

{

// Fields

private ArrayList children = new ArrayList();

// Constructors

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

// Methods

public void Add( Component component )

{

children.Add( component );

}

public void Remove( Component component )

{

children.Remove( component );

}

public override void Display( int depth )

{

Console.WriteLine( new String( '-', depth ) + name );

// Display each of the node's children

foreach( Component component in children )

component.Display( depth + 2 );

}

}

// "Leaf"

class Leaf : Component

{

// Constructors

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

// Methods

public override void Display( int depth )

{

Console.WriteLine( new String( '-', depth ) + name ); }

}

///

/// Client test

///

public class Client

{

public static void Main( string[] args )

{

// Create a tree structure

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 );

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

// Add and remove a leaf

Leaf l = new Leaf( "Leaf D" );

root.Add( l );

root.Remove( l );

// Recursively display nodes

root.Display( 1 );

}

}

五、透明式的合成模式结构

与安全式的合成模式不同的是，透明式的合成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。

这种形式涉及到三个角色：

?抽象构件（Component）角色：这是一个抽象角色，它给参加组合的对象规定一个接口，规范共有的接口及默认行为。

?树叶构件（Leaf）角色：代表参加组合的树叶对象，定义出参加组合的原始对象的行为。树叶类会给出add（）、remove（）以及getChild（）之类的用来管理子类对对象的方法的平庸实现。

?树枝构件（Composite）角色：代表参加组合的有子对象的对象，定义出这样的对象的行为。

六、透明式的合成模式实现

以下示例性代码演示了安全式的合成模式代码：

// Composite pattern -- Structural example

using System;

using System.Text;

using System.Collections;

// "Component"

abstract class Component

{

// Fields

protected string name;

// Constructors

public Component( string name )

{ https://www.360docs.net/doc/cb13673357.html, = name; }

// Methods

abstract public void Add(Component c);

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

}

// "Composite"

class Composite : Component

{

// Fields

private ArrayList children = new ArrayList();

// Constructors

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

// Methods

public override void Add( Component component )

{ children.Add( component ); }

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

public override void Display( int depth )

{

Console.WriteLine( new String( '-', depth ) + name );

// Display each of the node's children

foreach( Component component in children )

component.Display( depth + 2 );

}

}

// "Leaf"

class Leaf : Component

{

// Constructors

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

// Methods

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 ); } }

///

/// Client test

///

public class Client

{

public static void Main( string[] args )

{

// Create a tree structure

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 );

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

// Add and remove a leaf

Leaf l = new Leaf( "Leaf D" );

root.Add( l );

root.Remove( l );

// Recursively display nodes

root.Display( 1 );

}

}

七、使用合成模式时考虑的几个问题

1.明显的给出父对象的引用。在子对象里面给出父对象的引用，可以很容易的遍历所

有父对象。有了这个引用，可以方便的应用责任链模式。

2.在通常的系统里，可以使用享元模式实现构件的共享，但是由于合成模式的对象经

常要有对父对象的引用，因此共享不容易实现。

3.有时候系统需要遍历一个树枝结构的子构件很多次，这时候可以考虑把遍历子构件

的结果暂时存储在父构件里面作为缓存。

4.关于使用什么数据类型来存储子对象的问题，在示意性的代码中使用了ArrayList，

在实际系统中可以使用其它聚集或数组等。

5.客户端尽量不要直接调用树叶类中的方法，而是借助其父类（Component）的多

态性完成调用，这样可以增加代码的复用性。

八、和尚的故事

九、一个实际应用Composite模式的例子

下面是一个实际应用中的程序，演示了通过一些基本图像元素（直线、园等）以及一些复合图像元素（由基本图像元素组合而成）构建复杂的图形树的过程。

// Composite pattern -- Real World example

using System;

using System.Collections;

// "Component"

abstract class DrawingElement

{

// Fields

protected string name;

// Constructors

public DrawingElement( string name )

{ https://www.360docs.net/doc/cb13673357.html, = name; }

// Operation

abstract public void Display( int indent );

}

// "Leaf"

class PrimitiveElement : DrawingElement

{

// Constructors

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

// Operation

public override void Display( int indent )

{

Console.WriteLine( new String( '-', indent ) +

" draw a {0}", name );

}

}

// "Composite"

class CompositeElement : DrawingElement

{

// Fields

private ArrayList elements = new ArrayList();

// Constructors

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

// Methods

public void Add( DrawingElement d )

{ elements.Add( d ); }

public void Remove( DrawingElement d )

{ elements.Remove( d ); }

public override void Display( int indent )

{

Console.WriteLine( new String( '-', indent ) +

"+ " + name );

// Display each child element on this node

foreach( DrawingElement c in elements )

c.Display( indent + 2 );

}

}

///

/// CompositeApp test

///

public class CompositeApp

{

public static void Main( string[] args )

{

// Create a tree structure

CompositeElement root = new

CompositeElement( "Picture" );

root.Add( new PrimitiveElement( "Red Line" ));

root.Add( new PrimitiveElement( "Blue Circle" ));

root.Add( new PrimitiveElement( "Green Box" ));

CompositeElement comp = new

CompositeElement( "Two Circles" );

comp.Add( new PrimitiveElement( "Black Circle" ) );

comp.Add( new PrimitiveElement( "White Circle" ) );

root.Add( comp );

// Add and remove a PrimitiveElement

PrimitiveElement l = new PrimitiveElement( "Yellow Line" ); root.Add( l );

root.Remove( l );

// Recursively display nodes

root.Display( 1 );

}

}

合成模式与很多其它模式都有联系，将在后续内容中逐步介绍。