设计模式：组合模式（Composite Pattern） 明

作者：TerryLee  创建于：2006-03-11 出处：http://terrylee.cnblogs.com/archive/2006/03/11/347919.html  收录于：2013-02-28

结构图

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意图

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将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

适用性

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• 你想表示对象的部分-整体层次结构。
• 你希望用户忽略组合对象与单个对象的不同，用户将统一地使用组合结构中的所有对象。 

实现代码

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 这里我们用绘图这个例子来说明Composite模式，通过一些基本图像元素（直线、圆等）以及一些复合图像元素（由基本图像元素组合而成）构建复杂的图形树。在设计中我们对每一个对象都配备一个Draw()方法，在调用时，会显示相关的图形。可以看到，这里复合图像元素它在充当对象的同时，又是那些基本图像元素的一个容器。先看一下基本的类结构图：

using System;
using System.Collections;
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 ArrayList picList = new ArrayList();
    public Picture(string name) : base(name)
    { }
    public override void Draw()
    {
        Console.WriteLine("Draw a" + _name.ToString());
        foreach (Graphics g in picList)
        {
            g.Draw();
        }
    }
    public override void Add(Graphics g)
    {
        picList.Add(g);
    }
    public override void Remove(Graphics g)
    {
        picList.Remove(g);
    }
}
public class Line : Graphics
{
    public Line(string name) : base(name)
    { }
    public override void Draw()
    {
        Console.WriteLine("Draw a" + _name.ToString());
    }
    public override void Add(Graphics g)
    {
        //抛出一个我们自定义的异常
    }
    public override void Remove(Graphics g)
    {
        //抛出一个我们自定义的异常
    }
}
public class Circle : Graphics
{
    public Circle(string name): base(name)
    { }
    public override void Draw()
    {
        Console.WriteLine("Draw a" + _name.ToString());
    }
    public override void Add(Graphics g)
    {
        //抛出一个我们自定义的异常
    }
    public override void Remove(Graphics g)
    {
        //抛出一个我们自定义的异常
    }
}
public class Rectangle : Graphics
{
    public Rectangle(string name): base(name)
    { }
    public override void Draw()
    {
        Console.WriteLine("Draw a" + _name.ToString());
    }
    public override void Add(Graphics g)
    {
        //抛出一个我们自定义的异常
    }
    public override void Remove(Graphics g)
    {
        //抛出一个我们自定义的异常
    }
}

因为Line，Rectangle，Circle已经没有了子对象，它是一个基本图像元素，因此Add()，Remove()的方法对于它来说没有任何意义，而且把这种错误不会在编译的时候报错，所以需要抛出异常。

这样改进以后，我们可以捕获可能出现的错误，做进一步的处理。上面的这种实现方法属于透明式的Composite模式，如果我们想要更安全的一种做法，就需要把管理子对象的方法声明在树枝构件Picture类里面，这样如果叶子节点Line，Rectangle，Circle使用这些方法时，在编译期就会出错，看一下类结构图：

using System;
using System.Collections;
public abstract class Graphics
{
    protected string _name;
    public Graphics(string name)
    {
        this._name = name;
    }
    public abstract void Draw();
}
public class Picture : Graphics
{
    protected ArrayList picList = new ArrayList();
    public Picture(string name): base(name)
    { }
    public override void Draw()
    {
        Console.WriteLine("Draw a" + _name.ToString());
        foreach (Graphics g in picList)
        {
            g.Draw();
        }
    }
    public void Add(Graphics g)
    {
        picList.Add(g);
    }
    public void Remove(Graphics g)
    {
        picList.Remove(g);
    }
}
public class Line : Graphics
{
    public Line(string name): base(name)
    { }
    public override void Draw()
    {
        Console.WriteLine("Draw a" + _name.ToString());
    }
}
public class Circle : Graphics
{
    public Circle(string name) : base(name)
    { }
    public override void Draw()
    {
        Console.WriteLine("Draw a" + _name.ToString());
    }
}
public class Rectangle : Graphics
{
    public Rectangle(string name) : base(name)
    { }
    public override void Draw()
    {
        Console.WriteLine("Draw a" + _name.ToString());
    }
}

这种方式属于安全式的Composite模式，在这种方式下，虽然避免了前面所讨论的错误，但是它也使得叶子节点和树枝构件具有不一样的接口。这种方式和透明式的Composite各有优劣，具体使用哪一个，需要根据问题的实际情况而定。

以下是客户端代码

public class App
{
    public static void Main()
    {
        Picture root = new Picture("Root");
        root.Add(new Line("Line"));
        root.Add(new Circle("Circle"));
        Rectangle r = new Rectangle("Rectangle");
        root.Add(r);
        root.Draw();
    }
}

效果及实现要点

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1．Composite模式采用树形结构来实现普遍存在的对象容器，从而将“一对多”的关系转化“一对一”的关系，使得客户代码可以一致地处理对象和对象容器，无需关心处理的是单个的对象，还是组合的对象容器。

2．将“客户代码与复杂的对象容器结构”解耦是Composite模式的核心思想，解耦之后，客户代码将与纯粹的抽象接口——而非对象容器的复内部实现结构——发生依赖关系，从而更能“应对变化”。

3．Composite模式中，是将“Add和Remove等和对象容器相关的方法”定义在“表示抽象对象的Component类”中，还是将其定义在“表示对象容器的Composite类”中，是一个关乎“透明性”和“安全性”的两难问题，需要仔细权衡。这里有可能违背面向对象的“单一职责原则”，但是对于这种特殊结构，这又是必须付出的代价。ASP.NET控件的实现在这方面为我们提供了一个很好的示范。

4．Composite模式在具体实现中，可以让父对象中的子对象反向追溯；如果父对象有频繁的遍历需求，可使用缓存技巧来改善效率。