【设计模式深度剖析】【4】【结构型】【组合模式】| 以文件系统为例加深理解

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目 录

  • 组合模式
  • 定义
    • 英文原话
    • 直译
    • 如何理解?
  • 3个角色
    • UML类图
    • 代码示例
  • 组合模式的优点
  • 组合模式的使用场景
  • 示例解析:文件系统

组合模式

组合模式(Composite Pattern)也叫合成模式,用来描述部分与整体的关系。

  • 高层模块调用简单。一棵树形结构中的所有节点都是 Component,局部和整体对调用者来说没有任何区别,即高层模块不必关心自己处理的是单个对象还是整个组合结构**,**简化了高层模块的代码。
  • 节点自由增加。使用组合模式后,如果想增加一个树枝节点、树叶节点只需要找到其父节点即可。

当我们发现需求中是体现部分与整体层次的结构时,以及希望用户可以忽略组合对象与单个对象的不同,统一地使用组合结构中的所有对象时,就应该考虑用组合模式了。

定义

英文原话

Compose objects into tree structures to represent part-whole hierarchies. Composite lets clients treat individual objects and compositions of objects uniformly.

直译

将对象组合成树形结构来表示“部分-整体”的层次结构。组合模式使得客户端能够统一地处理单个对象和对象的组合。

如何理解?

叶子构件和容器构件实现了抽象构件,即实现了相同的接口,用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

3个角色

UML类图

CompositePattern.png

组合模式(Composite Pattern)允许我们将对象组合成树形结构以表示“部分整体”的层次结构,使得客户端以统一的方式处理单个对象和对象的组合。以下是组合模式中的主要角色:

  1. 抽象构件(Component):它可以是接口或抽象类,为叶子和容器对象声明接口,在该接口中包含用于管理子对象的方法以及用于自身操作的方法。在组合模式中,抽象构件定义了叶子和容器构件的共同行为。
  2. 叶子构件(Leaf):叶子对象继承自抽象构件,它没有子节点,通常用于实现抽象构件中的业务方法。在组合结构中,叶子节点没有子节点,其实现了在抽象构件中定义的行为。
  3. 容器构件(Composite):容器对象也继承自抽象构件,并包含一组子构件。它实现了在抽象构件中定义的行为,并提供了添加、删除和访问其子对象的方法。容器构件可以包含其他容器或叶子,从而实现复杂的树形结构。
  4. 客户端(Client):通过抽象构件接口与组合结构进行交互。对于客户端而言,叶子对象和容器对象是一致的,客户端不需要区分它们。

代码示例

以下是一个简单的Java示例来说明组合模式:

// 抽象构件  
public interface Component {void operation();
}
// 叶子构件  
public class Leaf implements Component{@Overridepublic void operation() {// 业务处理逻辑System.out.println("leaf...");}
}
// 容器构件  
public class Composite implements Component {// 构件容器private ArrayList<Component> componentList = new ArrayList<>();// 添加构件public void add(Component component) {this.componentList.add(component);}// 删除构件public void remove(Component component) {this.componentList.remove(component);}// 获取子构件public ArrayList<Component> getChild() {return this.componentList;}@Overridepublic void operation() {// 业务逻辑System.out.println("branch...");}
}
// 客户端代码  
public class DemoTest {public static void main(String[] args) {// 创建一个根节点Composite root = new Composite();root.operation();// 创建树枝节点Composite branch = new Composite();// 创建叶子节点Leaf leaf = new Leaf();// 构建树形结构root.add(branch);branch.add(leaf);display(root);}// 遍历树(递归)public static void display(Composite root) {for (Component c : root.getChild()) {if(c instanceof Leaf){// 如果节点类型是叶子节点c.operation();}else{// 树枝节点c.operation();display((Composite) c);}}}
}
/* Output:
branch...
branch...
leaf...
*///~

在这个例子中,我们有一个Component接口,它定义了一个名为operation的方法。Leaf类实现了这个接口,并提供了具体的实现。Composite类同样实现了Component接口,并维护了一个子组件的列表。

组合模式的优点

  1. 高层模块调用简单。一棵树形机构中的所有节点都是 Component,局部和整体对调用者来说没有任何区别即高层模块不必关心自己处理的是单个对象还是整个组合结构,简化了高层模块的代码
  2. 节点自由增加。使用组合模式后,如果想增加一个树枝节点、树叶节点只需要找到其父节点即可。

组合模式的使用场景

使用组合模式的典型场景如下。

  1. 需要描述对象的部分和整体的等级结构,如树形菜单、文件和文件夹管理
  2. 需要客户端忽略个体构件和组合构件的区别,平等对待所有的构件

示例解析:文件系统

FileSystemDemo.png

在生活中,一个常见的组合模式的例子是文件系统。文件系统中的文件和文件夹可以看作是组合模式的实现,其中文件夹可以包含文件和其他文件夹(子文件夹),而文件则不包含任何子项。

以下是使用Java实现的示例,模拟了一个简单的文件系统:

// 抽象构件:文件或文件夹  
public interface FileSystemElement {  void display();  
}  
// 叶子构件:文件  
public class File implements FileSystemElement {  private String name;  public File(String name) {  this.name = name;  }  @Override  public void display() {  System.out.println("File: " + name);  }  
}  
// 容器构件:文件夹  
public class Folder implements FileSystemElement {  private String name;  private List<FileSystemElement> children = new ArrayList<>();  public Folder(String name) {  this.name = name;  }  public void add(FileSystemElement element) {  children.add(element);  }  public void remove(FileSystemElement element) {  children.remove(element);  }  @Override  public void display() {  System.out.println("Folder: " + name);  for (FileSystemElement child : children) {  child.display();  }  }  
}  
// 客户端代码
public class DemoTest {public static void main(String[] args) {// 创建文件夹和文件  Folder rootFolder = new Folder("root");Folder documentsFolder = new Folder("Documents");Folder picturesFolder = new Folder("Pictures");File file1 = new File("example.txt");File file2 = new File("image.jpg");// 将文件和文件夹添加到对应的父文件夹中  rootFolder.add(documentsFolder);rootFolder.add(picturesFolder);documentsFolder.add(file1);picturesFolder.add(file2);// 显示整个文件系统的结构  rootFolder.display();}
}/* Output:
Folder: root
Folder: Documents
File: example.txt
Folder: Pictures
File: image.jpg
*///~

在这个示例中,FileSystemElement是抽象构件接口,它声明了一个display方法用于显示文件或文件夹的信息。File类实现了这个接口,表示一个具体的文件。Folder类也实现了这个接口,表示一个文件夹,并且它有一个children列表来存储其子元素(文件和文件夹)。Folder类还提供了添加和删除子元素的方法。

DemoTest类的main方法中,我们创建了一个根文件夹rootFolder,并添加了documentsFolderpicturesFolder两个子文件夹。接着,我们向这两个文件夹中分别添加了一个文件和图片。最后,我们调用rootFolderdisplay方法来显示整个文件系统的结构。

这个输出展示了组合模式中的层次结构,其中文件夹可以包含文件和子文件夹,而文件则不包含任何子项。

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