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设计模式之复合模式

article 2024/11/15 11:18:46

组合模式（Composite Pattern），又称为“整体-部分”（Part-Whole）模式，是一种结构型设计模式。其核心思想是将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次关系，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。在组合模式中，客户将单个对象和组合对象同等看待，无需关心自己正在处理的是单个对象还是组合对象。

一、组合模式的角色组成

组合模式通常包含以下几个主要角色：

1、抽象构件（Component）

定义了一个对象的接口，用于访问和管理组件的子对象。可以是接口或抽象类，声明了对象共有的方法，包括用于访问和管理子构件的方法（如增加子构件、删除子构件、获取子构件等）。在透明式组合模式中，还声明了所有子类中的全部方法。

2、树叶构件（Leaf）

在组合中表示叶子节点对象，是组合中的叶节点对象，没有子节点。实现了抽象构件中定义的行为，但对于那些访问及管理子构件的方法，可以通过异常等方式进行处理。

3、容器构件（Composite）/树枝构件（Composite）

在组合中表示容器节点对象，是组合中的分支节点对象，包含子节点。其子节点可以是叶子节点，也可以是容器节点。提供一个集合用于存储子节点，并实现了在抽象构件中定义的行为，包括那些访问及管理子构件的方法。

二、组合模式的实现方式

组合模式的实现根据所实现接口的区别分为两种形式，分别称为安全式组合模式和透明式组合模式。

1、安全式组合模式

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类中。抽象构件不定义出管理子对象的方法，这一定义由树枝构件对象给出。缺点是不够透明，因为树叶类和树枝类将具有不同的接口。

2、透明式组合模式

要求所有的具体构件类，不论树枝构件还是树叶构件，均符合一个固定接口。客户端可以一致地处理所有的对象，无须区分是叶子节点还是容器节点。缺点是树叶构件本来没有管理子对象的方法，却要实现它们（空实现或抛异常），这样会带来一些安全性问题。

三、组合模式的应用场景

组合模式适用于需要表示对象的部分-整体层次结构的场景，如：

1、文件系统中的文件和文件夹

2、窗体程序中的简单控件与容器控件

3、图形界面中的菜单项、按钮和其他控件的树形结构

4、表示公司或组织的部门结构

5、XML文档的层次结构解析等

四、代码示例-Java

下面是一个使用透明式组合模式的Java代码示例，用于模拟公司组织架构中的部门及员工统计。

1. 定义抽象构件（Component）

首先，定义一个抽象构件类Department，表示公司部门或员工，包含基本的属性和方法。

abstract class Department {  
    protected String name;  
      
    public Department(String name) {  
        this.name = name;  
    }  
      
    // 定义一个抽象方法，用于统计人数，实际实现由子类完成  
    public abstract int getCount();  
      
    // 添加子部门或员工（在透明组合模式中，所有类都应包含此方法）  
    public void add(Department department) {  
        throw new UnsupportedOperationException("This is a leaf.");  
    }  
      
    // 删除子部门或员工（同样，所有类都应包含此方法）  
    public void remove(Department department) {  
        throw new UnsupportedOperationException("This is a leaf.");  
    }  
      
    // 显示部门或员工信息  
    public void display(int depth) {  
        StringBuilder indent = new StringBuilder();  
        for (int i = 0; i < depth; i++) {  
            indent.append("--");  
        }  
        System.out.println(indent + name + " (人数: " + getCount() + ")");  
    }  
}

2. 实现树叶构件（Leaf）

定义一个员工类Employee，继承自Department，但只包含员工的基本信息，不实现添加和删除子对象的方法。

class Employee extends Department {  
    private int count = 1; // 员工人数默认为1  
      
    public Employee(String name) {  
        super(name);  
    }  
      
    @Override  
    public int getCount() {  
        return count; // 员工人数始终为1  
    }  
      
    // Employee不需要添加或删除子对象的方法，因此不重写add和remove  
}

3. 实现容器构件（Composite）

定义一个部门类Dept，继承自Department，并实现添加、删除子对象和统计人数的功能。

import java.util.ArrayList;  
import java.util.List;  
  
class Dept extends Department {  
    private List<Department> children = new ArrayList<>();  
      
    public Dept(String name) {  
        super(name);  
    }  
      
    @Override  
    public void add(Department department) {  
        children.add(department);  
    }  
      
    @Override  
    public void remove(Department department) {  
        children.remove(department);  
    }  
      
    @Override  
    public int getCount() {  
        int count = 0;  
        for (Department child : children) {  
            count += child.getCount();  
        }  
        return count;  
    }  
      
    @Override  
    public void display(int depth) {  
        super.display(depth);  
        for (Department child : children) {  
            child.display(depth + 1);  
        }  
    }  
}

4. 客户端代码

最后，编写客户端代码来构建公司组织架构并统计总人数。

public class CompanyStructureDemo {  
    public static void main(String[] args) {  
        // 创建部门及员工  
        Dept root = new Dept("总公司");  
        Dept itDept = new Dept("IT部");  
        Dept hrDept = new Dept("人事部");  
        Employee itEmployee1 = new Employee("张三");  
        Employee itEmployee2 = new Employee("李四");  
        Employee hrEmployee1 = new Employee("王五");  
          
        // 构建组织架构  
        root.add(itDept);  
        root.add(hrDept);  
        itDept.add(itEmployee1);  
        itDept.add(itEmployee2);  
        hrDept.add(hrEmployee1);  
          
        // 显示组织架构及统计人数  
        root.display(0);  
        System.out.println("公司总人数: " + root.getCount());  
    }  
}