C# 设计模式系列教程-组合模式

1. 概述

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

2. 解决的问题

当希望忽略单个对象和组合对象的区别，统一使用组合结构中的所有对象（将这种“统一”性封装起来）。

3. 组合模式中的角色

3.1 组合部件（Component）：它是一个抽象角色，为要组合的对象提供统一的接口。

3.2 叶子（Leaf）：在组合中表示子节点对象，叶子节点不能有子节点。

3.3 合成部件（Composite）：定义有枝节点的行为，用来存储部件，实现在Component接口中的有关操作，如增加（Add）和删除（Remove）。

4. 模式解读

4.1 组合模式的类图

4.2 组合模式的实现代码

 /// <summary>
 /// 一个抽象构件，声明一个接口用于访问和管理Component的子部件
 /// </summary>
 public abstract class Component
 {
   protected string name;

public Component(string name)
   {
     this.name = name;
   }

/// <summary>
   /// 增加一个节点
   /// </summary>
   /// <param name="component"></param>
   public abstract void Add(Component component);

/// <summary>
   /// 移除一个节点
   /// </summary>
   /// <param name="component"></param>
   public abstract void Remove(Component component);

/// <summary>
   /// 显示层级结构
   /// </summary>
   public abstract void Display(int level);
 }

/// <summary>
 /// 叶子节点
 /// </summary>
 public class Leaf : Component
 {
   public Leaf(string name)
     : base(name)
   { }

/// <summary>
   /// 由于叶子节点没有子节点，所以Add和Remove方法对它来说没有意义，但它继承自Component，这样做可以消除叶节点和枝节点对象在抽象层次的区别，它们具备完全一致的接口。
   /// </summary>
   /// <param name="component"></param>
   public override void Add(Component component)
   {
     Console.WriteLine("Can not add a component to a leaf.");
   }

/// <summary>
   /// 实现它没有意义，只是提供了一个一致的调用接口
   /// </summary>
   /// <param name="component"></param>
   public override void Remove(Component component)
   {
     Console.WriteLine("Can not remove a component to a leaf.");
   }

public override void Display(int level)
   {
     Console.WriteLine(new string('-',level) + name);
   }
 }

/// <summary>
 /// 定义有枝节点的行为，用来存储部件，实现在Component接口中对子部件有关的操作
 /// </summary>
 public class Composite : Component
 {
   public Composite(string name)
     : base(name)
   { }

/// <summary>
   /// 一个子对象集合，用来存储其下属的枝节点和叶节点
   /// </summary>
   private List<Component> children = new List<Component>();

/// <summary>
   /// 增加子节点
   /// </summary>
   /// <param name="component"></param>
   public override void Add(Component component)
   {
     children.Add(component);
   }

/// <summary>
   /// 移除子节点
   /// </summary>
   /// <param name="component"></param>
   public override void Remove(Component component)
   {
     children.Remove(component);
   }

public override void Display(int level)
   {
     Console.WriteLine(new string('-', level) + name);

// 遍历其子节点并显示
     foreach (Component component in children)
     {
       component.Display(level+2);
     }
   }
 }

4.3 客户端代码

 class Program
 {
   static void Main(string[] args)
   {
     // 生成树根，并为其增加两个叶子节点
     Component root = new Composite("Root");
     root.Add(new Leaf("Leaf A in Root"));
     root.Add(new Leaf("Leaf B in Root"));

// 为根增加两个枝节点
     Component branchX = new Composite("Branch X in Root");
     Component branchY = new Composite("Branch Y in Root");
     root.Add(branchX);
     root.Add(branchY);

// 为BranchX增加页节点
     branchX.Add(new Leaf("Leaf A in Branch X"));

// 为BranchX增加枝节点
     Component branchZ = new Composite("Branch Z in Branch X");
     branchX.Add(branchZ);

// 为BranchY增加叶节点
     branchY.Add(new Leaf("Leaf in Branch Y"));

// 为BranchZ增加叶节点
     branchZ.Add(new Leaf("Leaf in Branch Z"));

// 显示树
     root.Display(1);

Console.Read();
   }
 }

运行结果

5. 透明方式与安全方式

5.1 透明方式：在Component中声明所有来管理子对象的方法，其中包括Add，Remove等。这样实现Component接口的所有子类都具备了Add和Remove方法。这样做的好处是叶节点和枝节点对于外界没有区别，它们具备完全一致的接口。

5.2 安全方式：在Component中不去声明Add和Remove方法，那么子类的Leaf就不需要实现它，而是在Composit声明所有用来管理子类对象的方法。

5.3 两种方式有缺点：对于透明方式，客户端对叶节点和枝节点是一致的，但叶节点并不具备Add和Remove的功能，因而对它们的实现是没有意义的；对于安全方式，叶节点无需在实现Add与Remove这样的方法，但是对于客户端来说，必须对叶节点和枝节点进行判定，为客户端的使用带来不便。

6. 模式总结

6.1 优点

6.1.1 使客户端调用简单，它可以一致使用组合结构或是其中单个对象，简化了客户端代码。

6.1.2 容易在组合体内增加对象部件。客户端不必因加入了新的部件而更改代码。有利于功能的扩展。

6.2 缺点

6.2.1 需要抉择使用透明方式还是安全方式。

6.2.2 透明方式违背了面向对象的单一职责原则；安全方式增加了客户需要端判定的负担。

6.3 适用场景

6.3.1 当想表达对象的部分-整体的层次结构时

6.3.3 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时。