設計模式-12組合模式(Composite Pattern)
- 2020 年 3 月 6 日
- 筆記
1.模式動機
很多時候會存在「部分-整體」的關係，例如：大學中的部門與學院、總公司中的部門與分公司、學慣用品中的書與書包。在軟體開發中也是這樣，例如，文件系統中的文件與文件夾、窗體程式中的簡單控制項與容器控制項等。對這些簡單對象與複合對象的處理，如果用組合模式來實現會很方便。
2.模式定義
組合（Composite）模式的定義：有時又叫作部分-整體模式，它是一種將對象組合成樹狀的層次結構的模式，用來表示「部分-整體」的關係，使用戶對單個對象和組合對象具有一致的訪問性。
屬於：結構型模式。
組合模式分為透明式的組合模式和安全式的組合模式。
3.模式結構
組合模式包含以下主要角色：
- 抽象構件（Component）角色：它的主要作用是為樹葉構件和樹枝構件聲明公共介面，並實現它們的默認行為。在透明式的組合模式中抽象構件還聲明訪問和管理子類的介面；在安全式的組合模式中不聲明訪問和管理子類的介面，管理工作由樹枝構件完成。
- 樹葉構件（Leaf）角色：是組合中的葉節點對象，它沒有子節點，用於實現抽象構件角色中 聲明的公共介面。
- 樹枝構件（Composite）角色：是組合中的分支節點對象，它有子節點。它實現了抽象構件角色中聲明的介面，它的主要作用是存儲和管理子部件，通常包含 Add()、Remove()、GetChild() 等方法。
透明式組合方式
在該方式中，由於抽象構建聲明了所有子類中的全部方法，所以客戶端無需區別樹葉對象和樹枝對象，對客戶端來說是透明的。
缺點是：樹葉構建本來沒有 add()、remove() 及 getChild() 等方法，卻要實現它們（空實現或拋異常），這樣會帶來一些安全性問題。
安全式組合方式
在該方式中，將管理自購件的方法移到樹枝構件中，抽象構件和樹葉構件沒有對子對象的管理方法，這樣就避免了上一種方式的安全性問題。
但由於葉子和分支有不同的介面，客戶端在調用時要知道樹葉對象和樹枝對象的存在，所以失去了透明性。
4.模式程式碼
透明式組合方式
# 抽象構件 public abstract class Component { protected String name; public Component(String name) { this.name = name; } public abstract String name(); public boolean addChild(Component component) { throw new UnsupportedOperationException("addChild not supported!"); } public boolean removeChild(Component component) { throw new UnsupportedOperationException("removeChild not supported!"); } public Component getChild(int index) { throw new UnsupportedOperationException("getChild not supported!"); } } # 樹枝構件 public class Composite extends Component { private List<Component> componentList; public Composite(String name) { super(name); componentList = new ArrayList<>(); } @Override public String name() { StringBuilder builder = new StringBuilder(this.name); for (Component component : componentList) { builder.append("n"); builder.append(component.name()); } return builder.toString(); } @Override public boolean addChild(Component component) { return componentList.add(component); } @Override public boolean removeChild(Component component) { return componentList.remove(component); } @Override public Component getChild(int index) { return componentList.get(index); } } # 樹葉構件 public class Leaf extends Component { public Leaf(String name) { super(name); } @Override public String name() { return name; } } # Client public class Client { public static void main(String[] args) { // 根節點 Component root = new Composite("root"); // 樹枝節點 Component branchA = new Composite("---branchA"); Component branchB = new Composite("------branchB"); // 樹葉節點 Component leafA = new Leaf("------leafA"); Component leafB = new Leaf("---------leafB"); Component leafC = new Leaf("---leafC"); root.addChild(branchA); root.addChild(leafC); branchA.addChild(leafA); branchA.addChild(branchB); branchB.addChild(leafB); // 葉子節點不支援操作 // leafC.addChild(null); String result = root.name(); System.out.println(result); } }按照透明式的字面意思，這裡應該沒有 Leaf 類，只有樹枝構件，樹枝構件既可以作為樹枝構件也可以作為樹葉構件，所以對客戶端來說是透明的。
安全式組合方式
安全式組合方式就是將透明式組合方式 Component 中的 add、remove 等方法放在樹枝節點中，抽象構件中之定義樹枝構件和樹葉構件中公共的部分。
# 抽象構件 public abstract class Component { protected String name; public Component(String name) { this.name = name; } public abstract String name(); } # 樹枝構件 public class Composite extends Component { private List<Component> componentList; public Composite(String name) { super(name); componentList = new ArrayList<>(); } @Override public String name() { StringBuilder builder = new StringBuilder(this.name); for (Component component : componentList) { builder.append("n"); builder.append(component.name()); } return builder.toString(); } public boolean addChild(Component component) { return componentList.add(component); } public boolean removeChild(Component component) { return componentList.remove(component); } public Component getChild(int index) { return componentList.get(index); } } # 樹葉構件 public class Leaf extends Component { public Leaf(String name) { super(name); } @Override public String name() { return name; } } # Client public class Client { public static void main(String[] args) { // 根節點 這裡改為 Composite Composite root = new Composite("root"); // 樹枝節點 這裡改為 Composite Composite branchA = new Composite("---branchA"); Composite branchB = new Composite("------branchB"); // 樹葉節點 Leaf leafA = new Leaf("------leafA"); Leaf leafB = new Leaf("---------leafB"); Leaf leafC = new Leaf("---leafC"); root.addChild(branchA); root.addChild(leafC); branchA.addChild(leafA); branchA.addChild(branchB); branchB.addChild(leafB); // 葉子節點不支援操作 // leafC.addChild(null); String result = root.name(); System.out.println(result); } }樹葉構件時，客戶端需要區分樹枝構件（Composite）和樹葉構件（Leaf），所以失去了透明性。按照定義，透明式模式中就不應該有 Leaf 類的定義。
這樣的好處是 介面定義職責清晰，符合設計模式的 單一職責原則 和 介面隔離原則。
5.總結
優點：
- 組合模式使得客戶端程式碼可以一致地處理單個對象和組合對象，無須關心自己處理的是單個對象，還是組合對象，這簡化了客戶端程式碼；
- 更容易在組合體內加入新的對象，客戶端不會因為加入了新的對象而更改源程式碼，滿足「開閉原則」；
缺點：
- 設計較複雜，客戶端需要花更多時間理清類之間的層次關係；
- 不容易限制容器中的構件；
- 不容易用繼承的方法來增加構件的新功能；
場景：
- 在需要表示一個對象整體與部分的層次結構的場合。
- 要求對用戶隱藏組合對象與單個對象的不同，用戶可以用統一的介面使用組合結構中的所有對象的場合。
