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组合模式 (Composite Pattern)

article 2025/2/23 0:40:32

组合模式 (Composite Pattern)

组合模式是一种 结构型设计模式，它将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构，使得客户端可以用统一的方式处理单个对象和组合对象。

原理

核心思想：
- 将对象的“部分”与“整体”组织成树形结构，以统一的方式操作单个对象和组合对象。
- 客户端无需关心对象是简单的还是复杂的，它们都遵循相同的接口。
适用场景：
- 表示对象的 部分-整体 层次结构。
- 希望客户端对单个对象和组合对象进行一致操作。
参与角色：
- Component（抽象构件）：为组合中的对象声明接口。
- Leaf（叶子节点）：定义组合中的叶子对象。
- Composite（容器构件）：定义有子部件的对象，存储子部件并实现 Component 接口。

优点

一致性操作：客户端代码可以一致地操作简单对象和组合对象，无需关心具体类型。
灵活扩展：可以动态地增加和删除组合中的节点。
树形结构：非常适合用于表示复杂的层次结构。

缺点

复杂性增加：由于需要支持递归组合，代码可能变得复杂。
不易限制类型：在某些场景中，可能希望对子节点类型施加限制，但组合模式的设计使其较难实现。

示例代码

场景描述

设计一个文件系统，包含文件和文件夹，文件夹可以包含文件或子文件夹。用户可以查看文件系统的内容，统一显示文件和文件夹信息。

1. 定义抽象构件

// 抽象构件
public interface FileSystemComponent {
    void show(); // 显示组件信息
}

2. 创建叶子节点

// 叶子节点：文件
public class File implements FileSystemComponent {
    private String name;

    public File(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void show() {
        System.out.println("File: " + name);
    }
}

3. 创建容器构件

// 容器节点：文件夹
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Folder implements FileSystemComponent {
    private String name;
    private List<FileSystemComponent> children = new ArrayList<>();

    public Folder(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void add(FileSystemComponent component) {
        children.add(component);
    }

    public void remove(FileSystemComponent component) {
        children.remove(component);
    }

    @Override
    public void show() {
        System.out.println("Folder: " + name);
        for (FileSystemComponent child : children) {
            child.show(); // 递归调用子节点的 show 方法
        }
    }
}

4. 客户端代码

public class CompositePatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建文件
        File file1 = new File("file1.txt");
        File file2 = new File("file2.txt");
        File file3 = new File("file3.txt");

        // 创建文件夹
        Folder folder1 = new Folder("folder1");
        Folder folder2 = new Folder("folder2");
        Folder rootFolder = new Folder("root");

        // 组合文件和文件夹
        folder1.add(file1);
        folder1.add(file2);
        folder2.add(file3);
        rootFolder.add(folder1);
        rootFolder.add(folder2);

        // 显示文件系统结构
        rootFolder.show();
    }
}

输出结果

Folder: root
Folder: folder1
File: file1.txt
File: file2.txt
Folder: folder2
File: file3.txt

UML 类图

           +-----------------------+
           | FileSystemComponent   |
           +-----------------------+
           | + show()              |
           +-----------------------+
               ^              ^
               |              |
   +----------------+     +----------------+
   |      File       |     |     Folder     |
   +----------------+     +----------------+
   | + show()       |     | + add()        |
   |                |     | + remove()     |
   +----------------+     | + show()       |
                          +----------------+
                                |
                        +----------------+
                        | List<FileSystemComponent> |
                        +----------------+