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C# 设计模式系列教程-组合模式

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0708

组合模式可以使客户端调用简单，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。

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

C# 设计模式系列教程-组合模式

　　4.2 组合模式的实现代码

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/// <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

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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

C# 设计模式系列教程-组合模式

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。