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关于设计模式:设计模式学习笔记十一组合模式

jiezi

1 概述

1.1 概述

对于树形构造，比方文件目录，一个文件夹中能够蕴含多个文件夹和文件，而一个文件中不能在蕴含子文件或者子文件夹，在这里能够称 文件夹为容器 ，称 文件为叶子。

在树形构造中，当容器对象（比方文件夹）的某个办法被调用时，将遍历整个文件夹，寻找也蕴含这个办法的成员对象（容器对象或叶子对象）并调用执行。因为容器对象以及叶子对象在性能上的区别，应用这些对象的代码中必须有区别对待容器对象以及叶子对象，但大多数状况下须要一致性解决它们。

组合模式为解决此类问题而生，它能够让叶子对象以及容器对象的应用具备一致性。

1.2 定义

组合模式：组合多个对象造成树形构造以示意具备“整体 - 局部”关系的层次结构。组合模式对单个对象（叶子对象）和组合对象（容器对象）的应用具备一致性。
组合模式又叫“局部 - 整体”模式，它是一种对象结构型模式。

1.3 结构图

1.4 角色

  • Component（形象构件）：能够是接口或者抽象类，为叶子构件和容器构件对象申明接口，在该角色中能够蕴含所有子类共有行为的申明和实现。在形象构件中定义了拜访以及治理它的子构件的办法，例如减少 / 删除 / 获取子构件
  • Leaf（叶子构件）：示意叶子节点对象，叶子节点没有子节点，它实现了在形象构件中定义的行为，对于拜访以及治理子构件的办法，通常会抛出异样
  • Composite（容器构件）：示意容器节点对象，容器节点蕴含子节点，其子节点能够是叶子节点，也能够是容器节点，它提供一个汇合用于存储子节点，实现了在形象构件中定义的行为，包含拜访以及治理子构件的办法

2 典型实现

2.1 步骤

组合模式的要害是定义了一个形象构件类，它既能够示意叶子也能够示意容器，客户端针对该形象构件进行编程，毋庸晓得到底是叶子还是容器，同时容器对象与形象构件之间须要建设一个聚合关联关系，在容器对象中既能够蕴含叶子也能够蕴含容器，以此实现递归组合，造成树形构造。

因而首先须要定义形象构件类，通用步骤如下：

  • 定义形象构件：定义形象构件类，增加四个根本办法：减少 / 删除 / 获取成员 + 业务办法，能够将形象构件类定义为抽象类或者接口
  • 定义叶子构件：继承或实现形象构件类，笼罩或实现具体业务办法，同时对于治理或拜访子构件的办法提供异样解决或谬误提醒
  • 定义容器构件：继承或实现形象构件类，笼罩或实现形象构件中的所有办法，一般来说容器构件会蕴含一个汇合公有成员用于保留形象构件，在业务办法中对这个汇合进行遍历从而实现递归调用

2.2 形象构件

形象构件个别定义如下：

abstract class Component
{abstract void add(Component c);
    abstract void remove(Component c);
    abstract Component getChild(int i);
    abstract void operation();}

2.3 叶子构件

class Leaf extends Component
{public void add(Component c)
    {
        // 叶子构件不能拜访该办法
        System.out.println("谬误, 不能拜访增加构件办法!");
    }

    public void remove(Component c)
    {
        // 叶子构件不能拜访该办法
        System.out.println("谬误, 不能拜访删除构件办法!");
    }

    public Component getChild(int i)
    {
        // 叶子构件不能拜访该办法
        System.out.println("谬误, 不能拜访获取构件办法!");
        return null;
    }

    public void operation()
    {System.out.println("叶子业务办法");
    }
}

叶子构件只须要笼罩具体业务办法opeartion，对于治理子构件的办法能够提醒谬误或者抛出异样来解决。

2.4 容器构件

class Composite extends Component
{private ArrayList<Component> list = new ArrayList<>();
    
    public void add(Component c)
    {list.add(c);
    }

    public void remove(Component c)
    {list.remove(c);
    }

    public Component getChild(int i)
    {return list.get(i);
    }

    public void operation()
    {list.forEach(Component::operation);
    }
}

容器构件只须要简略实现治理子构件的办法，对于业务办法个别须要对形象构件汇合进行遍从来实现递归调用。

3 实例

开发一个杀毒软件零碎，能够对某个文件夹或单个文件进行杀毒，还能依据文件类型的不同提供不同的杀毒形式，比方文本文件和图像文件的杀毒形式有所差别，应用组合模式对该零碎进行设计。

首先定义形象构件类 AbstractFile，Folder 作为容器构件类，ImageFile，TextFile，VideoFile作为叶子构件类，代码如下：

public class Test
{public static void main(String[] args) {
        AbstractFile file1,file2,file3,file4,folder1,folder2;
        file1 = new ImageFile("图像文件 1 号");
        file2 = new VideoFile("视频文件 1 号");
        file3 = new TextFile("文本文件 1 号");
        file4 = new ImageFile("图像文件 2 号");

        folder1 = new Folder("文件夹 1");
        folder2 = new Folder("文件夹 2");

        try
        {folder2.add(file1);
            folder2.add(file2);
            folder2.add(file3);
            folder1.add(file4);
            folder1.add(folder2);
        }
        catch(IllegalAccessException e)
        {e.printStackTrace();
        }
        
        folder1.killVirus();
        System.out.println();
        folder2.killVirus();}
}

// 形象构件类
abstract class AbstractFile
{
    protected String name;
    abstract void add(AbstractFile file) throws IllegalAccessException;
    abstract void remove(AbstractFile file) throws IllegalAccessException;
    abstract AbstractFile getChild(int i) throws IllegalAccessException;
    public void killVirus()
    {System.out.println(name+"杀毒");
    }
}

// 叶子构件类
class ImageFile extends AbstractFile
{public ImageFile(String name)
    {this.name = name;}

    public void add(AbstractFile c)
    {throw new IllegalAccessException("谬误, 不能拜访增加文件办法!");
    }

    public void remove(AbstractFile c)
    {throw new IllegalAccessException("谬误, 不能拜访删除文件办法!");
    }

    public AbstractFile getChild(int i)
    {throw new IllegalAccessException("谬误, 不能拜访获取文件办法!");
    }
}

// 叶子构件类
class TextFile extends AbstractFile
{public TextFile(String name)
    {this.name = name;}

    public void add(AbstractFile c)
    {throw new IllegalAccessException("谬误, 不能拜访增加文件办法!");
    }

    public void remove(AbstractFile c)
    {throw new IllegalAccessException("谬误, 不能拜访删除文件办法!");
    }

    public AbstractFile getChild(int i)
    {throw new IllegalAccessException("谬误, 不能拜访获取文件办法!");
    }
}

// 叶子构件类
class VideoFile extends AbstractFile
{public VideoFile(String name)
    {this.name = name;}

    public void add(AbstractFile c)
    {throw new IllegalAccessException("谬误, 不能拜访增加文件办法!");
    }

    public void remove(AbstractFile c)
    {throw new IllegalAccessException("谬误, 不能拜访删除文件办法!");
    }

    public AbstractFile getChild(int i)
    {throw new IllegalAccessException("谬误, 不能拜访获取文件办法!");
    }
}

// 容器构件类
class Folder extends AbstractFile
{private ArrayList<AbstractFile> list = new ArrayList<>();
    public Folder(String name)
    {this.name = name;}

    public void add(AbstractFile c)
    {list.add(c);
    }

    public void remove(AbstractFile c)
    {list.remove(c);
    }

    public AbstractFile getChild(int i)
    {return list.get(i);
    }

    public void killVirus()
    {System.out.println("对"+name+"进行杀毒");
        list.forEach(AbstractFile::killVirus);
    }
}

输出如下：

4 通明组合模式与平安组合模式

4.1 如何简化代码

只管组合模式的扩展性好，在下面的例子中减少新的文件类型毋庸批改原有代码，然而，因为形象构件类 AbstractFile 申明了与叶子构件无关的构件治理办法，因而 须要实现这些办法，这样就会带来很多重复性的工作。

解决方案有两个：

  • 形象构件提供默认实现：叶子构件中的构件治理办法转移到形象构件中提供默认实现
  • 形象构件删除办法：在形象构件中不提供治理构件的办法

4.2 默认实现

如果应用形象构件提供默认实现的办法，则上述例子代码简化如下：

abstract class AbstractFile
{
    protected String name;
    public AbstractFile(String name)
    {this.name = name;}
    public void add(AbstractFile file) throws IllegalAccessException
    {throw new IllegalAccessException("谬误, 不能拜访增加文件办法!");
    }
    public void remove(AbstractFile file) throws IllegalAccessException
    {throw new IllegalAccessException("谬误, 不能拜访删除文件办法!");
    }
    public AbstractFile getChild(int i) throws IllegalAccessException
    {throw new IllegalAccessException("谬误, 不能拜访获取文件办法!");
    }
    public void killVirus()
    {System.out.println(name+"杀毒");
    }
}

class ImageFile extends AbstractFile
{public ImageFile(String name)
    {super(name);
    }
}

class TextFile extends AbstractFile
{public TextFile(String name)
    {super(name);
    }
}

class VideoFile extends AbstractFile
{public VideoFile(String name)
    {super(name);
    }
}

在叶子构件中只有构造方法（实际上业务办法应该是形象的，在叶子构件中实现业务办法，这里的业务办法是killVirus()，这里是进行了简化），这样批改尽管简化了代码，然而总的来说为叶子构件提供这些办法是没有意义的，因为叶子不会再下一个档次的对象，这在编译阶段不会出错，然而在运行阶段可能会出错。

4.3 删除办法

如果应用形象构件删除办法的形式进行简化代码，则上述例子简化如下：

abstract class AbstractFile
{
    protected String name;
    public AbstractFile(String name)
    {this.name = name;}
    abstract void killVirus();}

class ImageFile extends AbstractFile
{public ImageFile(String name)
    {super(name);
    }
    public void killVirus()
    {System.out.println("图像文件"+name+"杀毒");
    }
}

class TextFile extends AbstractFile
{public TextFile(String name)
    {super(name);
    }
    public void killVirus()
    {System.out.println("文本文件"+name+"杀毒");
    }
}

class VideoFile extends AbstractFile
{public VideoFile(String name)
    {super(name);
    }
    public void killVirus()
    {System.out.println("视频文件"+name+"杀毒");
    }
}

这样做叶子构件就无法访问治理构件的办法了，然而带来的害处是客户端无奈对立针对形象构件类 AbstractFile 进行编程，批改之前代码如下：

AbstractFile file1,file2,file3,file4,folder1,folder2;

因为 AbstractFile 中删除了治理构件办法，因而客户端须要批改代码如下：

AbstractFile file1,file2,file3,file4;
Folder folder1,folder2;

4.4 通明组合模式

通明组合模式就是第一种解决方案中的办法，在形象构件中申明所有用于治理构件的办法，这样做的益处是确保所有的构件类都具备雷同的接口，客户端能够针对形象构件进行对立编程，结构图如下：

通明组合模式的毛病是不够平安，因为叶子对象和容器对象在实质上是有区别的。叶子对象不可能有下一档次的对象，提供治理构件的办法是没有意义的，在编译阶段不会报错，然而在运行阶段可能会出错。

4.5 平安组合模式

平安组合模式就是第二种办法的方法，平安组合模式中，形象构件没有申明治理构件的办法，而是在容器构件中增加治理构件的办法，这种做法是平安的因为叶子对象不可能调用到这些办法。结构图如下：

平安组合模式的毛病是不够通明，因为叶子构件与容器构件具备不同的办法，治理构件的办法在容器构件中定义，客户端不能齐全针对形象构件进行编程，必须有区别地看待叶子构件与容器构件。

5 次要长处

  • 档次管制：组合模式能够分明定义分档次的简单对象，示意对象的全副或者局部档次，它让客户端疏忽了档次的差别，不便对整个层次结构进行管制
  • 统一应用构件：客户端能够统一地应用容器构件或者叶子构件，也就是能针对构件形象层一致性编程
  • 扩展性好：减少新的容器构件或者叶子构件都很不便，合乎开闭准则
  • 无效针对树形构造：组合模式为树形构造的面向对象实现提供了一种灵便的解决方案，通过叶子构件与容器构件的递归组合，能够造成简单的树形构造，但管制树形构造却很简略

6 次要毛病

  • 难以限度构件类型：减少新构件时难以限度构件类型，比方心愿容器构件中只有某一特定类型的叶子构件，例如一个只能蕴含图片的文件夹，应用组合模式时不能依赖类型零碎来施加这些束缚，须要再运行时进行类型查看来实现，过程较为简单

7 实用场景

  • 具备整体和局部的层次结构中，心愿通过一种形式疏忽整体与局部的差别，客户端能够一致性看待它们
  • 解决树形构造
  • 零碎中可能拆散出叶子构件以及容器构件，而且类型不固定，须要减少新的叶子构件或者容器构件

8 总结

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