设计模式之合成模式（九）

合成模式是一组对象的组合，这些对象可以是容器对象，表现为组的概念；另外一些对象则代表了单对象，或称为叶子对象。

在现实生活中，存在很多“部分-整体”的关系，例如，大学中的部门与学院、总公司中的部门与分公司、学习用品中的书与书包、生活用品中的衣月艮与衣柜以及厨房中的锅碗瓢盆等。在软件开发中也是这样，例如，文件系统中的文件与文件夹、窗体程序中的简单控件与容器控件等。对这些简单对象与复合对象的处理，如果用组合模式来实现会很方便。

合成模式的意图是为了保证客户端调用单对象与组合对象的一致性。

合成模式的结构

组合模式包含以下主要角色。

抽象构件（Component）角色：它的主要作用是为树叶构件和树枝构件声明公共接口，并实现它们的默认行为。在透明式的组合模式中抽象构件还声明访问和管理子类的接口；在安全式的组合模式中不声明访问和管理子类的接口，管理工作由树枝构件完成。
树叶构件（Leaf）角色：是组合中的叶节点对象，它没有子节点，用于实现抽象构件角色中声明的公共接口。
树枝构件（Composite）角色：是组合中的分支节点对象，它有子节点。它实现了抽象构件角色中声明的接口，它的主要作用是存储和管理子部件，通常包含 Add()、Remove()、GetChild() 等方法。

组合模式分为透明式的组合模式和安全式的组合模式。

(1) 透明方式：在该方式中，由于抽象构件声明了所有子类中的全部方法，所以客户端无须区别树叶对象和树枝对象，对客户端来说是透明的。但其缺点是：树叶构件本来没有 Add()、Remove() 及 GetChild() 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。其结构图如图 1 所示。
合成模式结构图

图1 透明式的组合模式的结构图

(2) 安全方式：在该方式中，将管理子构件的方法移到树枝构件中，抽象构件和树叶构件没有对子对象的管理方法，这样就避免了上一种方式的安全性问题，但由于叶子和分支有不同的接口，客户端在调用时要知道树叶对象和树枝对象的存在，所以失去了透明性。其结构图如图 2 所示。
合成模式结构图

图2 安全式的组合模式的结构图

合成模式的实现

talk is cheap, show the code:

抽象构件

public interface Component{
    public void add(Component c);
    public void remove(Component c);
    public Component getChild(int i);
    public void operation();
}

树叶构件

public class Leaf implements Component{
    private String name;
    public Leaf(String name)
    {
        this.name=name;
    }
    public void add(Component c){ }           
    public void remove(Component c){ }   
    public Component getChild(int i)
    {
        return null;
    }   
    public void operation()
    {
        System.out.println("树叶"+name+"：被访问！"); 
    }
}

树枝构件

public class Composite implements Component{
    private ArrayList<Component> children=new ArrayList<Component>();   
    public void add(Component c)
    {
        children.add(c);
    }   
    public void remove(Component c)
    {
        children.remove(c);
    }   
    public Component getChild(int i)
    {
        return children.get(i);
    }   
    public void operation()
    {
        for(Object obj:children)
        {
            ((Component)obj).operation();
        }
    }    
}

测试

public static void main(String[] args){
    Component c0=new Composite(); 
    Component c1=new Composite(); 
    Component leaf1=new Leaf("1"); 
    Component leaf2=new Leaf("2"); 
    Component leaf3=new Leaf("3");          
    c0.add(leaf1); 
    c0.add(c1);
    c1.add(leaf2); 
    c1.add(leaf3);          
    c0.operation(); 
}

结果：
树叶1：被访问！
树叶2：被访问！
树叶3：被访问！

常见案例及应用场景

常见案例：算术表达式包括操作数、操作符和另一个操作数，其中，另一个操作符也可以是操作数、操作符和另一个操作数。
应用场景：

在需要表示一个对象整体与部分的层次结构的场合。
要求对用户隐藏组合对象与单个对象的不同，用户可以用统一的接口使用组合结构中的所有对象的场合。

总结

在使用合成模式时，或在对组合对象建模时，通常需要给组合节点引入递归定义。倘若存在递归定义，编写代码时，需要注意防止死循环。为避免这一问题，可以确保组合对象都是树形结构。

合成模式的主要优点有：

合成模式使得客户端代码可以一致地处理单个对象和组合对象，无须关心自己处理的是单个对象，还是组合对象，这简化了客户端代码；
更容易在组合体内加入新的对象，客户端不会因为加入了新的对象而更改源代码，满足“开闭原则”；

其主要缺点是：

设计较复杂，客户端需要花更多时间理清类之间的层次关系；
不容易限制容器中的构件；
不容易用继承的方法来增加构件的新功能；