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(第Ⅲ部分 結(jié)構(gòu)型模式篇) 第10章 組合模式（Com

系統(tǒng) 1975 0
——.NET設(shè)計(jì)模式系列之十一
Terrylee ， 2006 年 3 月
概述
組合模式有時(shí)候又叫做部分 - 整體模式，它使我們樹型結(jié)構(gòu)的問題中，模糊了簡(jiǎn)單元素和復(fù)雜元素的概念，客戶程序可以向處理簡(jiǎn)單元素一樣來處理復(fù)雜元素,從而使得客戶程序與復(fù)雜元素的內(nèi)部結(jié)構(gòu)解耦。
意圖
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 模式使得用戶對(duì)單個(gè)對(duì)象和組合對(duì)象的使用具有一致性。 [GOF 《設(shè)計(jì)模式》 ]
結(jié)構(gòu)圖
圖 1 Composite 模式結(jié)構(gòu)圖
生活中的例子
組合模式將對(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)。讓用戶一致地使用單個(gè)對(duì)象和組合對(duì)象。雖然例子抽象一些，但是算術(shù)表達(dá)式確實(shí)是組合的例子。算術(shù)表達(dá)式包括操作數(shù)、操作符和另一個(gè)操作數(shù)。操作數(shù)可以是數(shù)字，也可以是另一個(gè)表達(dá)式。這樣， 2+3 和（ 2+3 ） + （ 4*6 ）都是合法的表達(dá)式。
圖 2 使用算術(shù)表達(dá)式例子的 Composite 模式對(duì)象圖
組合模式解說
這里我們用繪圖這個(gè)例子來說明 Composite 模式，通過一些基本圖像元素（直線、圓等）以及一些復(fù)合圖像元素（由基本圖像元素組合而成）構(gòu)建復(fù)雜的圖形樹。在設(shè)計(jì)中我們對(duì)每一個(gè)對(duì)象都配備一個(gè) Draw() 方法，在調(diào)用時(shí)，會(huì)顯示相關(guān)的圖形。可以看到，這里復(fù)合圖像元素它在充當(dāng)對(duì)象的同時(shí)，又是那些基本圖像元素的一個(gè)容器。先看一下基本的類結(jié)構(gòu)圖：
圖 3
圖中橙色的區(qū)域表示的是復(fù)合圖像元素。示意性代碼：
而其他作為樹枝構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)代碼如下： 現(xiàn)在我們要對(duì)該圖像元素進(jìn)行處理：在客戶端程序中，需要判斷返回對(duì)象的具體類型到底是基本圖像元素，還是復(fù)合圖像元素。如果是復(fù)合圖像元素，我們將要用遞歸去處理，然而這種處理的結(jié)果卻增加了客戶端程序與復(fù)雜圖像元素內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的依賴，那么我們?nèi)绾稳ソ怦钸@種關(guān)系呢？我們希望的是客戶程序可以像處理基本圖像元素一樣來處理復(fù)合圖像元素，這就要引入 Composite 模式了，需要把對(duì)于子對(duì)象的管理工作交給復(fù)合圖像元素，為了進(jìn)行子對(duì)象的管理，它必須提供必要的 Add() ， Remove() 等方法，類結(jié)構(gòu)圖如下：
public abstract class Graphics
{
protected string _name;

public Graphics( string name)
{
this ._name = name;
}
public abstract void Draw();
}

public class Picture:Graphics
{
public Picture( string name)
: base (name)
{}
public override void Draw()
{
//
}

public ArrayListGetChilds()
{
// 返回所有的子對(duì)象
}
}
public class Line:Graphics
{
public Line( string name)
: base (name)
{}

public override void Draw()
{
Console.WriteLine( " Drawa " + _name.ToString());
}
}

public class Circle:Graphics
{
public Circle( string name)
: base (name)
{}

public override void Draw()
{
Console.WriteLine( " Drawa " + _name.ToString());
}
}

public class Rectangle:Graphics
{
public Rectangle( string name)
: base (name)
{}

public override void Draw()
{
Console.WriteLine( " Drawa " + _name.ToString());
}
}
圖4
示意性代碼：
這樣引入 Composite 模式后，客戶端程序不再依賴于復(fù)合圖像元素的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了。然而，我們程序中仍然存在著問題，因?yàn)? Line ， Rectangle ， Circle 已經(jīng)沒有了子對(duì)象，它是一個(gè)基本圖像元素，因此 Add() ， Remove() 的方法對(duì)于它來說沒有任何意義，而且把這種錯(cuò)誤不會(huì)在編譯的時(shí)候報(bào)錯(cuò)，把錯(cuò)誤放在了運(yùn)行期，我們希望能夠捕獲到這類錯(cuò)誤，并加以處理，稍微改進(jìn)一下我們的程序： 這樣改進(jìn)以后，我們可以捕獲可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，做進(jìn)一步的處理。上面的這種實(shí)現(xiàn)方法屬于透明式的 Composite 模式，如果我們想要更安全的一種做法，就需要把管理子對(duì)象的方法聲明在樹枝構(gòu)件 Picture 類里面，這樣如果葉子節(jié)點(diǎn) Line ， Rectangle ， Circle 使用這些方法時(shí)，在編譯期就會(huì)出錯(cuò)，看一下類結(jié)構(gòu)圖：
public abstract class Graphics
{
protected string _name;

public Graphics( string name)
{
this ._name = name;
}
public abstract void Draw();
public abstract void Add();
public abstract void Remove();
}

public class Picture:Graphics
{
protected ArrayListpicList = new ArrayList();

public Picture( string name)
: base (name)
{}
public override void Draw()
{
Console.WriteLine( " Drawa " + _name.ToString());

foreach (Graphicsg in picList)
{
g.Draw();
}
}

public override void Add(Graphicsg)
{
picList.Add(g);
}
public override void Remove(Graphicsg)
{
picList.Remove(g);
}
}

public class Line:Graphics
{
public Line( string name)
: base (name)
{}

public override void Draw()
{
Console.WriteLine( " Drawa " + _name.ToString());
}
public override void Add(Graphicsg)
{}
public override void Remove(Graphicsg)
{}
}

public class Circle:Graphics
{
public Circle( string name)
: base (name)
{}

public override void Draw()
{
Console.WriteLine( " Drawa " + _name.ToString());
}
public override void Add(Graphicsg)
{}
public override void Remove(Graphicsg)
{}
}

public class Rectangle:Graphics
{
public Rectangle( string name)
: base (name)
{}

public override void Draw()
{
Console.WriteLine( " Drawa " + _name.ToString());
}
public override void Add(Graphicsg)
{}
public override void Remove(Graphicsg)
{}
}
public class Line:Graphics
{
public Line( string name)
: base (name)
{}

public override void Draw()
{
Console.WriteLine( " Drawa " + _name.ToString());
}
public override void Add(Graphicsg)
{
// 拋出一個(gè)我們自定義的異常
}
public override void Remove(Graphicsg)
{
// 拋出一個(gè)我們自定義的異常
}
}
圖5
示意性代碼：
這種方式屬于安全式的 Composite 模式，在這種方式下，雖然避免了前面所討論的錯(cuò)誤，但是它也使得葉子節(jié)點(diǎn)和樹枝構(gòu)件具有不一樣的接口。這種方式和透明式的 Composite 各有優(yōu)劣，具體使用哪一個(gè)，需要根據(jù)問題的實(shí)際情況而定。通過 Composite 模式，客戶程序在調(diào)用 Draw() 的時(shí)候不用再去判斷復(fù)雜圖像元素中的子對(duì)象到底是基本圖像元素，還是復(fù)雜圖像元素，看一下簡(jiǎn)單的客戶端調(diào)用： .NET 中的組合模式
public abstract class Graphics
{
protected string _name;

public Graphics( string name)
{
this ._name = name;
}
public abstract void Draw();
}

public class Picture:Graphics
{
protected ArrayListpicList = new ArrayList();

public Picture( string name)
: base (name)
{}
public override void Draw()
{
Console.WriteLine( " Drawa " + _name.ToString());

foreach (Graphicsg in picList)
{
g.Draw();
}
}

public void Add(Graphicsg)
{
picList.Add(g);
}
public void Remove(Graphicsg)
{
picList.Remove(g);
}
}

public class Line:Graphics
{
public Line( string name)
: base (name)
{}

public override void Draw()
{
Console.WriteLine( " Drawa " + _name.ToString());
}
}

public class Circle:Graphics
{
public Circle( string name)
: base (name)
{}

public override void Draw()
{
Console.WriteLine( " Drawa " + _name.ToString());
}
}

public class Rectangle:Graphics
{
public Rectangle( string name)
: base (name)
{}

public override void Draw()
{
Console.WriteLine( " Drawa " + _name.ToString());
}
}
public class App
{
public static void Main()
{
Pictureroot = new Picture( " Root " );

root.Add( new Line( " Line " ));
root.Add( new Circle( " Circle " ));

Rectangler = new Rectangle( " Rectangle " );
root.Add(r);

root.Draw();
}
}
如果有人用過 Enterprise Library2.0 ，一定在源程序中看到了一個(gè)叫做 ObjectBuilder 的程序集，顧名思義，它是用來負(fù)責(zé)對(duì)象的創(chuàng)建工作的，而在 ObjectBuilder 中，有一個(gè)被稱為定位器的東西，通過定位器，可以很容易的找到對(duì)象， 它的結(jié)構(gòu)采用鏈表結(jié)構(gòu)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)鍵值對(duì)，用來標(biāo)識(shí)對(duì)象的唯一性，使得對(duì)象不會(huì)被重復(fù)創(chuàng)建。定位器的鏈表結(jié)構(gòu)采用可枚舉的接口類來實(shí)現(xiàn)，這樣我們可以通過一個(gè)迭代器來遍歷這個(gè)鏈表。同時(shí)多個(gè)定位器也被串成一個(gè)鏈表。具體地說就是多個(gè)定位器組成一個(gè)鏈表，表中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)定位器，定位器本身又是一個(gè)鏈表，表中保存著多個(gè)由鍵值對(duì)組成的對(duì)象的節(jié)點(diǎn)。所以這是一個(gè)典型的Composite模式的例子，來看它的結(jié)構(gòu)圖：
(第Ⅲ部分 結(jié)構(gòu)型模式篇) 第10章 組合模式（Composite Pattern）
圖6
正如我們?cè)趫D中所看到的， IReadableLocator 定義了最上層的定位器接口方法，它基本上具備了定位器的大部分功能。
部分代碼：
一個(gè)抽象基類 ReadableLocator 用來實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口的公共方法。兩個(gè)主要的方法實(shí)現(xiàn)代碼如下： 可以看到，在FindBy方法里面，循環(huán)調(diào)用了 FindInLocator 方法， 如果查詢選項(xiàng)是只查找當(dāng)前定位器，那么循環(huán)終止，否則沿著定位器的父定位器繼續(xù)向上查找。FindInLocator方法就是遍歷定位器，然后把找到的對(duì)象存入一個(gè)臨時(shí)的定位器。最后返回一個(gè)只讀定位器的新的實(shí)例。
public interface IReadableLocator:IEnumerable < KeyValuePair < object , object >>
{
// 返回定位器中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量
int Count { get ;}

// 一個(gè)指向父節(jié)點(diǎn)的引用
IReadableLocatorParentLocator { get ;}

// 表示定位器是否只讀
bool ReadOnly { get ;}

// 查詢定位器中是否已經(jīng)存在指定鍵值的對(duì)象
bool Contains( object key);

// 查詢定位器中是否已經(jīng)存在指定鍵值的對(duì)象，根據(jù)給出的搜索選項(xiàng)，表示是否要向上回溯繼續(xù)尋找。
bool Contains( object key,SearchModeoptions);

// 使用謂詞操作來查找包含給定對(duì)象的定位器
IReadableLocatorFindBy(Predicate < KeyValuePair < object , object >> predicate);

// 根據(jù)是否回溯的選項(xiàng)，使用謂詞操作來查找包含對(duì)象的定位器
IReadableLocatorFindBy(SearchModeoptions,Predicate < KeyValuePair < object , object >> predicate);

// 從定位器中獲取一個(gè)指定類型的對(duì)象
TItemGet < TItem > ();

// 從定位其中獲取一個(gè)指定鍵值的對(duì)象
TItemGet < TItem > ( object key);

// 根據(jù)選項(xiàng)條件，從定位其中獲取一個(gè)指定類型的對(duì)象
TItemGet < TItem > ( object key,SearchModeoptions);

// 給定對(duì)象鍵值獲取對(duì)象的非泛型重載方法
object Get( object key);

// 給定對(duì)象鍵值帶搜索條件的非泛型重載方法
object Get( object key,SearchModeoptions);
}
public abstract class ReadableLocator:IReadableLocator
{
/**/ /// <summary>
/// 查找定位器，最后返回一個(gè)只讀定位器的實(shí)例
/// </summary>
public IReadableLocatorFindBy(SearchModeoptions,Predicate < KeyValuePair < object , object >> predicate)
{
if (predicate == null )
throw new ArgumentNullException( " predicate " );
if ( ! Enum.IsDefined( typeof (SearchMode),options))
throw new ArgumentException(Properties.Resources.InvalidEnumerationValue, " options " );

Locatorresults = new Locator();
IReadableLocatorcurrentLocator = this ;

while (currentLocator != null )
{
FindInLocator(predicate,results,currentLocator);
currentLocator = options == SearchMode.Local ? null :currentLocator.ParentLocator;
}

return new ReadOnlyLocator(results);
}

/**/ /// <summary>
/// 遍歷定位器
/// </summary>
private void FindInLocator(Predicate < KeyValuePair < object , object >> predicate,Locatorresults,
IReadableLocatorcurrentLocator)
{
foreach (KeyValuePair < object , object > kvp in currentLocator)
{
if ( ! results.Contains(kvp.Key) && predicate(kvp))
{
results.Add(kvp.Key,kvp.Value);
}
}
}
}
從這個(gè)抽象基類中派生出一個(gè)具體類和一個(gè)抽象類，一個(gè)具體類是只讀定位器（ ReadOnlyLocator ），只讀定位器實(shí)現(xiàn)抽象基類沒有實(shí)現(xiàn)的方法，它封裝了一個(gè)實(shí)現(xiàn)了 IReadableLocator 接口的定位器，然后屏蔽內(nèi)部定位器的寫入接口方法。另一個(gè)繼承的是讀寫定位器抽象類ReadWriteLocator，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)定位器的寫入和刪除，這里定義了一個(gè)對(duì) IReadableLocator 接口擴(kuò)展的接口叫做 IReadWriteLocator ，在這個(gè)接口里面提供了實(shí)現(xiàn)定位器的操作：
(第Ⅲ部分 結(jié)構(gòu)型模式篇) 第10章 組合模式（Composite Pattern）
圖7
實(shí)現(xiàn)代碼如下：
public interface IReadWriteLocator:IReadableLocator
{
// 保存對(duì)象到定位器
void Add( object key, object value);

// 從定位器中刪除一個(gè)對(duì)象，如果成功返回真，否則返回假
bool Remove( object key);
}
從ReadWirteLocator派生的具體類是Locator類，Locator類必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)定位器的全部功能，現(xiàn)在我們所看到的Locator它已經(jīng)具有了管理定位器的功能，同時(shí)他還應(yīng)該具有存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)是通過一個(gè)WeakRefDictionary類來實(shí)現(xiàn)的，這里就不介紹了。[關(guān)于定位器的介紹參考了 niwalker 的Blog]
效果及實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)
1 ． Composite 模式采用樹形結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)普遍存在的對(duì)象容器，從而將“一對(duì)多”的關(guān)系轉(zhuǎn)化“一對(duì)一”的關(guān)系，使得客戶代碼可以一致地處理對(duì)象和對(duì)象容器，無需關(guān)心處理的是單個(gè)的對(duì)象，還是組合的對(duì)象容器。
2 ．將“客戶代碼與復(fù)雜的對(duì)象容器結(jié)構(gòu)”解耦是 Composite 模式的核心思想，解耦之后，客戶代碼將與純粹的抽象接口——而非對(duì)象容器的復(fù)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)——發(fā)生依賴關(guān)系，從而更能“應(yīng)對(duì)變化”。
3 ． Composite 模式中，是將“ Add 和 Remove 等和對(duì)象容器相關(guān)的方法”定義在“表示抽象對(duì)象的 Component 類”中，還是將其定義在“表示對(duì)象容器的 Composite 類”中，是一個(gè)關(guān)乎“透明性”和“安全性”的兩難問題，需要仔細(xì)權(quán)衡。這里有可能違背面向?qū)ο蟮摹皢我宦氊?zé)原則”，但是對(duì)于這種特殊結(jié)構(gòu)，這又是必須付出的代價(jià)。 ASP.NET 控件的實(shí)現(xiàn)在這方面為我們提供了一個(gè)很好的示范。
4 ． Composite 模式在具體實(shí)現(xiàn)中，可以讓父對(duì)象中的子對(duì)象反向追溯；如果父對(duì)象有頻繁的遍歷需求，可使用緩存技巧來改善效率。
適用性
以下情況下適用 Composite 模式：
1 ．你想表示對(duì)象的部分 - 整體層次結(jié)構(gòu)
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。
總結(jié)
組合模式解耦了客戶程序與復(fù)雜元素內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而使客戶程序可以向處理簡(jiǎn)單元素一樣來處理復(fù)雜元素。
參考資料
閻宏，《 Java 與模式》，電子工業(yè)出版社
James W. Cooper ，《 C# 設(shè)計(jì)模式》，電子工業(yè)出版社
Alan Shalloway James R. Trott ，《 Design Patterns Explained 》，中國電力出版社
MSDN WebCast 《 C# 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模式縱橫談 (9) ： Composite 組合模式 ( 結(jié)構(gòu)型模式 ) 》

(第Ⅲ部分 結(jié)構(gòu)型模式篇) 第10章 組合模式（Composite Pattern）


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