深入理解Java設(shè)計(jì)模式之組合模式
一、什么是組合模式
定義:將對(duì)象以樹形結(jié)構(gòu)組織起來,以達(dá)成“部分-整體”的層次結(jié)構(gòu),使得客戶端對(duì)單個(gè)對(duì)象和組合對(duì)象的使用具有一致性。
動(dòng)機(jī)(Motivation)
客戶代碼過多地依賴于對(duì)象容器復(fù)雜的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),對(duì)象容器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)(而非抽象接口)的變化將引起客戶代碼的頻繁變化,帶來了代碼的維護(hù)性、擴(kuò)展性等弊端。
如何將“客戶代碼與復(fù)雜的對(duì)象容器結(jié)構(gòu)”解耦?讓對(duì)象容器自己來實(shí)現(xiàn)自身的復(fù)雜結(jié)構(gòu),從而使得客戶代碼就像處理簡單對(duì)象一樣來處理復(fù)雜的對(duì)象容器?
意圖(Intent)
將對(duì)象組合成樹形結(jié)構(gòu)以表示“部分-整體”的層次結(jié)構(gòu)。Composite使得用戶對(duì)單個(gè)對(duì)象和組合對(duì)象的使用具有一致性。
組合模式,現(xiàn)在學(xué)習(xí)就是虛類繼承虛類,然后增加虛方法。最終實(shí)類繼承第二個(gè)虛類,重寫所有虛方法。
二、組合模式的結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)圖說明:
(1)Component
:組合中的對(duì)象聲明接口,在適當(dāng)情況下實(shí)現(xiàn)所有類共有的默認(rèn)行為,聲明一個(gè)接口用于訪問和管理Component的子組件。在遞歸結(jié)構(gòu)中定義一個(gè)接口,用于訪問一個(gè)父部件,并在合適的情況下實(shí)現(xiàn)它。(可選)
(2)Leaf
:在組合中表示葉節(jié)點(diǎn),葉節(jié)點(diǎn)沒有子節(jié)點(diǎn),定義對(duì)象的基本行為。
(3)Composite
:定義有子部件的那些部件的行為,存儲(chǔ)子部件并在Component接口實(shí)現(xiàn)與子部件有關(guān)的操作。
(4)Client
:通過Component接口操作組合部件的對(duì)象。
三、組合模式的使用場景
1.需求重要體現(xiàn)部分與整體的層次結(jié)構(gòu)時(shí)
2.你希望用戶忽略組合對(duì)象與單個(gè)對(duì)象的不同,用戶將統(tǒng)一地使用組合結(jié)構(gòu)中的所有對(duì)象。
四、組合模式的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
1.使客戶端調(diào)用簡單,客戶端可以一致的使用組合結(jié)構(gòu)或其中單個(gè)對(duì)象,用戶就不必關(guān)系自己處理的是單個(gè)對(duì)象還是整個(gè)組合結(jié)構(gòu),這就簡化了客戶端代碼。
2.更容易在組合體內(nèi)加入對(duì)象部件. 客戶端不必因?yàn)榧尤肓诵碌膶?duì)象部件而更改代碼。
缺點(diǎn)
組合模式不容易限制組合中的構(gòu)件。
五、組合模式的實(shí)現(xiàn)
組合模式有兩種實(shí)現(xiàn)方式,一種是:透明式的組合模式,另外一種是:安全式的組合模式。在這里我就詳細(xì)說一下何為“透明式”,何為“安全式”。所謂透明式是指“抽象構(gòu)件角色”定義的接口行為集合包含兩個(gè)部分,一部分是葉子對(duì)象本身所包含的行為(比如Operation),另外一部分是容器對(duì)象本身所包含的管理子對(duì)象的行為(Add,Remove)。這個(gè)抽象構(gòu)件必須同時(shí)包含這兩類對(duì)象所有的行為,客戶端代碼才會(huì)透明的使用,無論調(diào)用容器對(duì)象還是葉子對(duì)象,接口方法都是一樣的,這就是透明,針對(duì)客戶端代碼的透明,但是也有他自己的問題,葉子對(duì)象不會(huì)包含自己的子對(duì)象,為什么要有Add,Remove等類似方法呢,調(diào)用葉子對(duì)象這樣的方法可能(注意:我這里說的是可能,因?yàn)橛行┤藭?huì)把這些方法實(shí)現(xiàn)為空,不做任何動(dòng)作,當(dāng)然也不會(huì)有異常拋出了,不要抬杠)會(huì)拋出異常,這樣就不安全了,然后人們就提出了“安全式的組合模式”。所謂安全式是指“抽象構(gòu)件角色”只定義葉子對(duì)象的方法,確切的說這個(gè)抽象構(gòu)件只定義兩類對(duì)象共有的行為,然后容器對(duì)象的方法定義在“樹枝構(gòu)件角色”上,這樣葉子對(duì)象有葉子對(duì)象的方法,容器對(duì)象有容器對(duì)象的方法,這樣責(zé)任很明確,當(dāng)然調(diào)用肯定不會(huì)拋出異常了。大家可以根據(jù)自己的情況自行選擇是實(shí)現(xiàn)為“透視式”還是“安全式”的,以下我們會(huì)針對(duì)這兩種情況都有實(shí)現(xiàn),具體實(shí)現(xiàn)如下:
namespace 透明式的組合模式的實(shí)現(xiàn) { /// <summary> /// 該抽象類就是文件夾抽象接口的定義,該類型就相當(dāng)于是抽象構(gòu)件Component類型 /// </summary> public abstract class Folder { //增加文件夾或文件 public abstract void Add(Folder folder); //刪除文件夾或者文件 public abstract void Remove(Folder folder); //打開文件或者文件夾--該操作相當(dāng)于Component類型的Operation方法 public abstract void Open(); } /// <summary> /// 該Word文檔類就是葉子構(gòu)件的定義,該類型就相當(dāng)于是Leaf類型,不能在包含子對(duì)象 /// </summary> public sealed class Word : Folder { //增加文件夾或文件 public override void Add(Folder folder) { throw new Exception("Word文檔不具有該功能"); } //刪除文件夾或者文件 public override void Remove(Folder folder) { throw new Exception("Word文檔不具有該功能"); } //打開文件--該操作相當(dāng)于Component類型的Operation方法 public override void Open() { Console.WriteLine("打開Word文檔,開始進(jìn)行編輯"); } } /// <summary> /// SonFolder類型就是樹枝構(gòu)件,由于我們使用的是“透明式”,所以Add,Remove都是從Folder類型繼承下來的 /// </summary> public class SonFolder : Folder { //增加文件夾或文件 public override void Add(Folder folder) { Console.WriteLine("文件或者文件夾已經(jīng)增加成功"); } //刪除文件夾或者文件 public override void Remove(Folder folder) { Console.WriteLine("文件或者文件夾已經(jīng)刪除成功"); } //打開文件夾--該操作相當(dāng)于Component類型的Operation方法 public override void Open() { Console.WriteLine("已經(jīng)打開當(dāng)前文件夾"); } } public class Program { static void Main() { Folder myword = new Word(); myword.Open();//打開文件,處理文件 myword.Add(new SonFolder());//拋出異常 myword.Remove(new SonFolder());//拋出異常 Folder myfolder = new SonFolder(); myfolder.Open();//打開文件夾 myfolder.Add(new SonFolder());//成功增加文件或者文件夾 myfolder.Remove(new SonFolder());//成功刪除文件或者文件夾 Console.Read(); } } }
以上代碼就是“透明式的組合模式”實(shí)現(xiàn),以下代碼就是“安全式的組合模式”實(shí)現(xiàn):
namespace 安全式的組合模式的實(shí)現(xiàn) { /// <summary> /// 該抽象類就是文件夾抽象接口的定義,該類型就相當(dāng)于是抽象構(gòu)件Component類型 /// </summary> public abstract class Folder //該類型少了容器對(duì)象管理子對(duì)象的方法的定義,換了地方,在樹枝構(gòu)件也就是SonFolder類型 { //打開文件或者文件夾--該操作相當(dāng)于Component類型的Operation方法 public abstract void Open(); } /// <summary> /// 該Word文檔類就是葉子構(gòu)件的定義,該類型就相當(dāng)于是Leaf類型,不能在包含子對(duì)象 /// </summary> public sealed class Word : Folder //這類型現(xiàn)在很干凈 { //打開文件--該操作相當(dāng)于Component類型的Operation方法 public override void Open() { Console.WriteLine("打開Word文檔,開始進(jìn)行編輯"); } } /// <summary> /// SonFolder類型就是樹枝構(gòu)件,現(xiàn)在由于我們使用的是“安全式”,所以Add,Remove都是從此處開始定義的 /// </summary> public abstract class SonFolder : Folder //這里可以是抽象接口,可以自己根據(jù)自己的情況而定 { //增加文件夾或文件 public abstract void Add(Folder folder); //刪除文件夾或者文件 public abstract void Remove(Folder folder); //打開文件夾--該操作相當(dāng)于Component類型的Operation方法 public override void Open() { Console.WriteLine("已經(jīng)打開當(dāng)前文件夾"); } } /// <summary> /// NextFolder類型就是樹枝構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)類 /// </summary> public sealed class NextFolder : SonFolder { //增加文件夾或文件 public override void Add(Folder folder) { Console.WriteLine("文件或者文件夾已經(jīng)增加成功"); } //刪除文件夾或者文件 public override void Remove(Folder folder) { Console.WriteLine("文件或者文件夾已經(jīng)刪除成功"); } //打開文件夾--該操作相當(dāng)于Component類型的Operation方法 public override void Open() { Console.WriteLine("已經(jīng)打開當(dāng)前文件夾"); } } public class Program { static void Main() { //這是安全的組合模式 Folder myword = new Word(); myword.Open();//打開文件,處理文件 Folder myfolder = new NextFolder(); myfolder.Open();//打開文件夾 //此處要是用增加和刪除功能,需要轉(zhuǎn)型的操作,否則不能使用 ((SonFolder)myfolder).Add(new NextFolder());//成功增加文件或者文件夾 ((SonFolder)myfolder).Remove(new NextFolder());//成功刪除文件或者文件夾 Console.Read(); } } }
六、組合模式的.NET下應(yīng)用
ASP.Net中的Panel對(duì)象就是一個(gè)Composite對(duì)象,而Button對(duì)象就是Leaf對(duì)象。Button和Panel都繼承自System.Web.UI.Control類。它實(shí)際上是在Panel里面加了一個(gè)Controls屬性,然后Controls屬性是一個(gè)集合屬性,它有Add和Remove方法。
在ASP.Net中就是這樣,每一個(gè)控件都有Controls屬性,也就是說每個(gè)控件都是一種容器控件(除了LiteralControl)。這種方式把我們對(duì)安全性的擔(dān)憂,統(tǒng)統(tǒng)放到容器(即ASP.Net中的Controls)中去處理。
這個(gè)模式在.NET 中最典型的應(yīng)用就是應(yīng)用與WinForms和Web的開發(fā)中,在.NET類庫中,都為這兩個(gè)平臺(tái)提供了很多現(xiàn)有的控件,然而System.Windows.Forms.dll中System.Windows.Forms.Control類就應(yīng)用了組合模式,因?yàn)榭丶↙abel、TextBox等這樣的簡單控件,這些控件可以理解為葉子對(duì)象,同時(shí)也包括GroupBox、DataGrid這樣復(fù)合的控件或者叫容器控件,每個(gè)控件都需要調(diào)用OnPaint方法來進(jìn)行控件顯示,為了表示這種對(duì)象之間整體與部分的層次結(jié)構(gòu),微軟把Control類的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用了組合模式(確切地說應(yīng)用了透明式的組合模式)。
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