.Net結構型設計模式之組合模式怎么實現

今天小編給大家分享一下.Net結構型設計模式之組合模式怎么實現的相關知識點，內容詳細，邏輯清晰，相信大部分人都還太了解這方面的知識，所以分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后有所收獲，下面我們一起來了解一下吧。

一、動機（Motivate）

在我們的操作系統中有文件夾的概念，文件夾可以包含文件夾，可以嵌套多層，最里面包含的是文件，這個概念和“俄羅斯套娃”很像。當然還有很多的例子，例如我們使用系統的時候，會使用到“系統菜單”，這個東西是樹形結構。這些例子包含的這些東西或者說是對象，可以分為兩類，一類是：容器對象，可以包含其他的子對象；另一類是：葉子對象，這類對象是不能在包含其他對象的對象了。在軟件設計中，我們該怎么處理這種情況呢？是每類對象分別對待，還是提供一個統一的操作方式呢。組合模式給我們提供了一種解決此類問題的一個途徑。   

客戶代碼過多地依賴于對象容器（對象容器是對象的容器，細細評味）復雜的內部實現結構，對象容器內部實現結構（而非抽象接口）的變化將引起客戶代碼的頻繁變化，帶來了代碼的維護性、擴展性等方面的弊端。如何將“客戶代碼與復雜的對象容器結構”解耦？如何讓對象容器自己來實現自身的復雜結構，從而使得客戶代碼就像處理簡單對象一樣來處理復雜的對象容器？

二、意圖（Intent）

將對象組合成樹形結構以表示“部分-整體”的層次結構。Composite使得用戶對單個對象和組合對象的使用具有一致性。        ——  《設計模式》GoF

三、結構圖（Structure）

四、模式的組成

組合模式中涉及到三個角色：
（1）、抽象構件角色（Component）：這是一個抽象角色，它給參加組合的對象定義出了公共的接口及默認行為，可以用來管理所有的子對象（在透明式的組合模式是這樣的）。在安全式的組合模式里，構件角色并不定義出管理子對象的方法，這一定義由樹枝結構對象給出。
（2）、樹葉構件角色（Leaf）：樹葉對象是沒有下級子對象的對象，定義出參加組合的原始對象的行為。（原始對象的行為可以理解為沒有容器對象管理子對象的方法，或者 【原始對象行為】+【管理子對象的行為（Add，Remove等）】=面對客戶代碼的接口行為集合）
（3）、樹枝構件角色（Composite）：代表參加組合的有下級子對象的對象，樹枝對象給出所有管理子對象的方法實現，如Add、Remove等。
組合模式實現的最關鍵的地方是——簡單對象和復合對象必須實現相同的接口。這就是組合模式能夠將組合對象和簡單對象進行一致處理的原因。

五、組合模式的具體代碼實現

組合模式有兩種實現方式，一種是：透明式的組合模式，另外一種是：安全式的組合模式

1、透明式的組合模式

指“抽象構件角色”定義的接口行為集合包含兩個部分，一部分是葉子對象本身所包含的行為（比如Operation），另外一部分是容器對象本身所包含的管理子對象的行為(Add,Remove)。這個抽象構件必須同時包含這兩類對象所有的行為，客戶端代碼才會透明的使用，無論調用容器對象還是葉子對象，接口方法都是一樣的，這就是透明，針對客戶端代碼的透明。

/// <summary>
/// 該抽象類就是文件夾抽象接口的定義，該類型就相當于是抽象構件Component類型
/// </summary>
public abstract class Folder
{
    public abstract void Add(Folder folder);//增加文件夾或文件
    public abstract void Remove(Folder folder);//刪除文件夾或者文件
    public abstract void Open();    //打開文件或者文件夾--該操作相當于Component類型的Operation方法
}

/// <summary>
/// 該Word文檔類就是葉子構件的定義，該類型就相當于是Leaf類型，不能在包含子對象
/// </summary>
public sealed class Word : Folder
{
    public override void Add(Folder folder)//增加文件夾或文件
    {
        throw new Exception("Word文檔不具有該功能");
    }

    public override void Remove(Folder folder)//刪除文件夾或者文件
    {
        throw new Exception("Word文檔不具有該功能");
    }

    public override void Open()//打開文件--該操作相當于Component類型的Operation方法
    {
        Console.WriteLine("打開Word文檔，開始進行編輯");
    }
}

/// <summary>
/// SonFolder類型就是樹枝構件，由于我們使用的是“透明式”，所以Add,Remove都是從Folder類型繼承下來的
/// </summary>
public class SonFolder : Folder
{
    public override void Add(Folder folder)//增加文件夾或文件
    {
        Console.WriteLine("文件或者文件夾已經增加成功");
    }

    public override void Remove(Folder folder)//刪除文件夾或者文件
    {
        Console.WriteLine("文件或者文件夾已經刪除成功");
    }

    public override void Open()//打開文件夾--該操作相當于Component類型的Operation方法
    {
        Console.WriteLine("已經打開當前文件夾");
    }
}

public class Program
{
    static void Main()
    {
        Folder myword = new Word();
        myword.Open();//打開文件，處理文件
        myword.Add(new SonFolder());//拋出異常
        myword.Remove(new SonFolder());//拋出異常

        Folder myfolder = new SonFolder();
        myfolder.Open();//打開文件夾
        myfolder.Add(new SonFolder());//成功增加文件或者文件夾
        myfolder.Remove(new SonFolder());//成功刪除文件或者文件夾
    }
}

2、安全式的組合模式

指“抽象構件角色”只定義葉子對象的方法，確切的說這個抽象構件只定義兩類對象共有的行為，然后容器對象的方法定義在“樹枝構件角色”上，這樣葉子對象有葉子對象的方法，容器對象有容器對象的方法，這樣責任很明確，當然調用肯定不會拋出異常了。

/// <summary>
/// 該抽象類就是文件夾抽象接口的定義，該類型就相當于是抽象構件Component類型
/// </summary>
public abstract class Folder //該類型少了容器對象管理子對象的方法的定義，換了地方，在樹枝構件也就是SonFolder類型
{
    public abstract void Open();  //打開文件或者文件夾--該操作相當于Component類型的Operation方法
}

/// <summary>
/// 該Word文檔類就是葉子構件的定義，該類型就相當于是Leaf類型，不能在包含子對象
/// </summary>
public sealed class Word : Folder  //這類型現在很干凈
{
    public override void Open() //打開文件--該操作相當于Component類型的Operation方法
    {
        Console.WriteLine("打開Word文檔，開始進行編輯");
    }
}

/// <summary>
/// SonFolder類型就是樹枝構件，現在由于我們使用的是“安全式”，所以Add,Remove都是從此處開始定義的
/// </summary>
public abstract class SonFolder : Folder //這里可以是抽象接口，可以自己根據自己的情況而定
{
    public abstract void Add(Folder folder); //增加文件夾或文件
    public abstract void Remove(Folder folder); //刪除文件夾或者文件
    public override void Open()//打開文件夾--該操作相當于Component類型的Operation方法
    {
        Console.WriteLine("已經打開當前文件夾");
    }
}

/// <summary>
/// NextFolder類型就是樹枝構件的實現類
/// </summary>
public sealed class NextFolder : SonFolder
{
    public override void Add(Folder folder)//增加文件夾或文件
    {
        Console.WriteLine("文件或者文件夾已經增加成功");
    }

    public override void Remove(Folder folder) //刪除文件夾或者文件
    {
        Console.WriteLine("文件或者文件夾已經刪除成功");
    }

    public override void Open()//打開文件夾--該操作相當于Component類型的Operation方法
    {
        Console.WriteLine("已經打開當前文件夾");
    }
}

public class Program
{
    static void Main()
    {
        Folder myword = new Word();//這是安全的組合模式
        myword.Open();//打開文件，處理文件
        Folder myfolder = new NextFolder();
        myfolder.Open();//打開文件夾

        //此處要是用增加和刪除功能，需要轉型的操作，否則不能使用
        ((SonFolder)myfolder).Add(new NextFolder());//成功增加文件或者文件夾
        ((SonFolder)myfolder).Remove(new NextFolder());//成功刪除文件或者文件夾
    }
}

六、組合模式的實現要點：

1、Composite模式采用樹形結構來實現普遍存在的對象容器，從而將“一對多”的關系轉化為“一對一”的關系，使得客戶代碼可以一致地處理對象和對象容器，無需關心處理的是單個的對象，還是組合的對象容器。
2、將“客戶代碼與復雜的對象容器結構”解耦是Composite模式的核心思想，解耦之后，客戶代碼將與純粹的抽象接口——而非對象容器的復雜內部實現結構——發生依賴關系，從而更能“應對變化”。
3、Composite模式中，是將“Add和Remove等和對象容器相關的方法”定義在“表示抽象對象的Component類”中，還是將其定義在“表示對象容器的Composite類”中，是一個關乎“透明性”和“安全性”的兩難問題，需要仔細權衡。這里有可能違背面向對象的“單一職責原則”，但是對于這種特殊結構，這又是必須付出的代價。ASP.Net控件的實現在這方面為我們提供了一個很好的示范。
4、Composite模式在具體實現中，可以讓父對象中的子對象反向追朔；如果父對象有頻繁的遍歷需求，可使用緩存技巧來改善效率。

組合模式的優點：

（1）、組合模式使得客戶端代碼可以一致地處理對象和對象容器，無需關系處理的單個對象，還是組合的對象容器。
（2）、將”客戶代碼與復雜的對象容器結構“解耦。
（3）、可以更容易地往組合對象中加入新的構件。

組合模式的缺點：

使得設計更加復雜。客戶端需要花更多時間理清類之間的層次關系。（這個是幾乎所有設計模式所面臨的問題）。

在以下情況下應該考慮使用組合模式：

（1）、需要表示一個對象整體或部分的層次結構。
（2）、希望用戶忽略組合對象與單個對象的不同，用戶將統一地使用組合結構中的所有對象。

七、.NET 中組合模式的實現

其實組合模式在FCL里面運用還是很多的，不知道大家是不是有所感覺，這個模式大多數是運用在控件上或者是和界面操作、展示相關的操作上。這個模式在.NET 中最典型的應用就是應用與WinForms和Web的開發中，在.NET類庫中，都為這兩個平臺提供了很多現有的控件，然而System.Windows.Forms.dll中System.Windows.Forms.Control類就應用了組合模式，因為控件包括Label、TextBox等這樣的簡單控件，這些控件可以理解為葉子對象，同時也包括GroupBox、DataGrid這樣復合的控件或者叫容器控件，每個控件都需要調用OnPaint方法來進行控件顯示，為了表示這種對象之間整體與部分的層次結構，微軟把Control類的實現應用了組合模式（確切地說應用了透明式的組合模式）。

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