Collin Nam


设计模式之-组合模式

Frank 2019-07-16 88浏览 0条评论
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组合模式定义

     组合模式(Composite Pattern):组合多个对象形成树形结构以表示具有“整体—部分”关系的层 次结构。组合模式对单个对象(即叶子对象)和组合对象(即容器对象)的使用具有一致 性,组合模式又可以称为“整体—部分”(Part-Whole)模式,它是一种对象结构型模式。

组合模式概述

     对于树形结构,当容器对象(如文件夹)的某一个方法被调用时,将遍历整个树形结构,寻 找也包含这个方法的成员对象(可以是容器对象,也可以是叶子对象)并调用执行,牵一而 动百,其中使用了递归调用的机制来对整个结构进行处理。由于容器对象和叶子对象在功能 上的区别,在使用这些对象的代码中必须有区别地对待容器对象和叶子对象,而实际上大多 数情况下我们希望一致地处理它们,因为对于这些对象的区别对待将会使得程序非常复杂。 组合模式为解决此类问题而诞生,它可以让叶子对象和容器对象的使用具有一致性。

 

分析

在树形目录结构中,包含文件和文件夹两类不同的元素

在文件夹中可以包含文件,还可以继续包含子文件夹

在文件中不能再包含子文件或者子文件夹

文件夹 容器(Container)

文件  叶子(Leaf)

     当容器对象的某一个方法被调用时,将遍历整个树形结构,寻找也包含这个方法的成员对象并调用执行,牵一而动百,其中使用了递归调用的机制来对整个结构进行处理 由于容器对象和叶子对象在功能上的区别,在使用这些对象的代码中必须有区别地对待容器对象和叶子对象,而实际上大多数情况下客户端希望一致地处理它们,因为对于这些对象的区别对待将会使程序非常复杂

组合模式的结构

在组合模式结构图中包含如下几个角色:

● Component(抽象构件):它可以是接口或抽象类,为叶子构件和容器构件对象声明接口, 在该角色中可以包含所有子类共有行为的声明和实现。在抽象构件中定义了访问及管理它的 树形结构的处理——组合模式(二) 168 子构件的方法,如增加子构件、删除子构件、获取子构件等。

● Leaf(叶子构件):它在组合结构中表示叶子节点对象,叶子节点没有子节点,它实现了在 抽象构件中定义的行为。对于那些访问及管理子构件的方法,可以通过异常等方式进行处 理。

● Composite(容器构件):它在组合结构中表示容器节点对象,容器节点包含子节点,其子 节点可以是叶子节点,也可以是容器节点,它提供一个集合用于存储子节点,实现了在抽象 构件中定义的行为,包括那些访问及管理子构件的方法,在其业务方法中可以递归调用其子 节点的业务方法。 组合模式的关键是定义了一个抽象构件类,它既可以代表叶子,又可以代表容器,而客户端 针对该抽象构件类进行编程,无须知道它到底表示的是叶子还是容器,可以对其进行统一处 理。同时容器对象与抽象构件类之间还建立一个聚合关联关系,在容器对象中既可以包含叶 子,也可以包含容器,以此实现递归组合,形成一个树形结构。 如果不使用组合模式,客户端代码将过多地依赖于容器对象复杂的内部实现结构,容器对象 内部实现结构的变化将引起客户代码的频繁变化,带来了代码维护复杂、可扩展性差等弊 端。组合模式的引入将在一定程度上解决这些问题。 下面通过简单的示例代码来分析组合模式的各个角色的用途和实现。对于组合模式中的抽象 构件角色,其典型代码如下所示:

abstract class Component {
public abstract void add(Component c); //增加成员
public abstract void remove(Component c); //删除成员
public abstract Component getChild(int i); //获取成员
public abstract void operation(); //业务方法
}

一般将抽象构件类设计为接口或抽象类,将所有子类共有方法的声明和实现放在抽象构件类 中。对于客户端而言,将针对抽象构件编程,而无须关心其具体子类是容器构件还是叶子构 件。 如果继承抽象构件的是叶子构件,则其典型代码如下所示:

class Leaf extends Component {
public void add(Component c) {
//异常处理或错误提示
}
public void remove(Component c) {
//异常处理或错误提示
}
public Component getChild(int i) {
//异常处理或错误提示
return null;
}
public void operation() {
//叶子构件具体业务方法的实现
}
}

作为抽象构件类的子类,在叶子构件中需要实现在抽象构件类中声明的所有方法,包括业务 方法以及管理和访问子构件的方法,但是叶子构件不能再包含子构件,因此在叶子构件中实 现子构件管理和访问方法时需要提供异常处理或错误提示。当然,这无疑会给叶子构件的实 现带来麻烦。 如果继承抽象构件的是容器构件,则其典型代码如下所示:

class Composite extends Component {
private ArrayList<Component> list = new ArrayList<Component>();
public void add(Component c) {
list.add(c);
}
public void remove(Component c) {
list.remove(c);
}
public Component getChild(int i) {
return (Component)list.get(i);
}
public void operation() {
//容器构件具体业务方法的实现
//递归调用成员构件的业务方法
for(Object obj:list) {
((Component)obj).operation();
}
}
}

     在容器构件中实现了在抽象构件中声明的所有方法,既包括业务方法,也包括用于访问和管 理成员子构件的方法,如add()、remove()和getChild()等方法。需要注意的是在实现具体业务方 法时,由于容器构件充当的是容器角色,包含成员构件,因此它将调用其成员构件的业务方 法。在组合模式结构中,由于容器构件中仍然可以包含容器构件,因此在对容器构件进行处 理时需要使用递归算法,即在容器构件的operation()方法中递归调用其成员构件的operation()方法。

组合模式的应用实例

实例说明

     某软件公司欲开发一个杀毒(Antivirus)软件,该软件既可以对某个文件夹(Folder)杀毒,也可以对某个指定的文件(File)进行杀毒。该杀毒软件还可以根据各类文件的特点,为不同类型的文件提供不同的杀毒方式,例如图像文件(ImageFile)和文本文件(TextFile)的杀毒方式就有所差异。现使用组合模式来设计该杀毒软件的整体框架。

实例类图

实例代码

(1) AbstractFile:抽象文件类,充当抽象构件类

package designpatterns.composite;

/**
 * @Author Frank
 * @Description
 * @Date: Create in  2019-07-16 21:58
 */
public abstract class AbstractFile {

    public abstract void add(AbstractFile file);

    public abstract void remove(AbstractFile file);

    public abstract AbstractFile getChild(int i);

    public abstract void killVirus();
}

(2) ImageFile:图像文件类,充当叶子构件类

package designpatterns.composite;

/**
 * @Author Frank
 * @Description
 * @Date: Create in  2019-07-16 22:01
 */
public class ImageFile extends AbstractFile {
    private String name;

    public ImageFile(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void add(AbstractFile file) {

    }

    @Override
    public void remove(AbstractFile file) {

    }

    @Override
    public AbstractFile getChild(int i) {
        return null;
    }

    @Override
    public void killVirus() {
        System.out.println("-----对图像文件" + name + "进行杀毒中--------");
    }
}

(3) TextFile:文本文件类,充当叶子构件类

package designpatterns.composite;

/**
 * @Author Frank
 * @Description
 * @Date: Create in  2019-07-16 22:01
 */
public class TextFile extends AbstractFile {
    private String name;

    public TextFile(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void add(AbstractFile file) {

    }

    @Override
    public void remove(AbstractFile file) {

    }

    @Override
    public AbstractFile getChild(int i) {
        return null;
    }

    @Override
    public void killVirus() {
        System.out.println("-----对文本文件" + name + "进行杀毒中--------");
    }
}

(4) VideoFile:视频文件类,充当叶子构件类

package designpatterns.composite;

/**
 * @Author Frank
 * @Description
 * @Date: Create in  2019-07-16 22:01
 */
public class VideoFile extends AbstractFile {
    private String name;

    public VideoFile(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void add(AbstractFile file) {

    }

    @Override
    public void remove(AbstractFile file) {

    }

    @Override
    public AbstractFile getChild(int i) {
        return null;
    }

    @Override
    public void killVirus() {
        System.out.println("-----对视频文件" + name + "进行杀毒中--------");
    }
}

(5) Folder:文件夹类,充当容器构件类

package designpatterns.composite;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * @Author Frank
 * @Description
 * @Date: Create in  2019-07-16 22:01
 */
public class Folder extends AbstractFile {

    private List<AbstractFile> abstractFiles = new ArrayList<>();

    private String name;

    public Folder(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void add(AbstractFile file) {
        abstractFiles.add(file);
    }

    @Override
    public void remove(AbstractFile file) {
        abstractFiles.remove(file);
    }

    @Override
    public AbstractFile getChild(int i) {
        return abstractFiles.get(i);
    }

    @Override
    public void killVirus() {
        System.out.println("-----对文件夹" + name + "进行杀毒中--------");
        for (AbstractFile abstractFile : abstractFiles) {
            abstractFile.killVirus();
        }
    }
}

(6) Client:客户端测试类

package designpatterns.composite;

/**
 * @Author Frank
 * @Description
 * @Date: Create in  2019-07-16 22:10
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //针对抽象构件编程
        AbstractFile file1, file2, file3, file4, file5, folder1, folder2, folder3, folder4;
        folder1 = new Folder("Sunny的资料");
        folder2 = new Folder("图像文件");
        folder3 = new Folder("文本文件");
        folder4 = new Folder("视频文件");
        file1 = new ImageFile("小龙女.jpg");
        file2 = new ImageFile("张无忌.gif");
        file3 = new TextFile("九阴真经.txt");
        file4 = new TextFile("葵花宝典.doc");
        file5 = new VideoFile("笑傲江湖.rmvb");
        folder2.add(file1);
        folder2.add(file2);
        folder3.add(file3);
        folder3.add(file4);
        folder4.add(file5);
        folder1.add(folder2);
        folder1.add(folder3);
        folder1.add(folder4);
        //从“Sunny的资料”节点开始进行杀毒操作
        folder1.killVirus();
    }
}

如果需要更换操作节点,例如支队文件夹文本文件进行扫描杀毒,客户端代码只需要修改一行即可,将代码

 folder1.killVirus();

改为

folder3.killVirus();

在具体实现时,我们可以创建图形化界面让用户选择所需操作的根节点,无须修改源代码, 符合“开闭原则”,客户端无须关心节点的层次结构,可以对所选节点进行统一处理,提高系统 的灵活性。

组合模式的优缺点与适用环境

模式优点

     可以清楚地定义分层次的复杂对象,表示对象的全部或部分层次,让客户端忽略了层次的差异,方便对整个层次结构进行控制 客户端可以一致地使用一个组合结构或其中单个对象,不必关心处理的是单个对象还是整个组合结构,简化了客户端代码 增加新的容器构件和叶子构件都很方便,符合开闭原则 为树形结构的面向对象实现提供了一种灵活的解决方案

模式缺点

     在增加新构件时很难对容器中的构件类型进行限制

模式适用环境

     在具有整体和部分的层次结构中,希望通过一种方式忽略整体与部分的差异,客户端可以一致地对待它们 在一个使用面向对象语言开发的系统中需要处理一个树形结构 在一个系统中能够分离出叶子对象和容器对象,而且它们的类型不固定,需要增加一些新的类型

最后修改:2019-07-16 21:54:09 © 著作权归作者所有
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