面向对象软件设计模式-组合 Composite

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用途

将对象组合成树形结构以表示 “部分——整体” 的层次结构。

Composite使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

模式要点

组成部分

  • Component : 是组合中的所有对象的统一接口；定义了特定情况下，类应当实现的货缺省的行为；Component 声明一个接口用于访问和管理 Component 的子组件；在递归结构中定义一个接口，用于访问一个父部件，并符合条件的类中实现它，当然这个是可选的。
  • Leaf：在组合中表示叶节点对象，顾名思义，叶节点没有子节点。
  • Composite：定义有子部件的那些部件的行为，同时存储子部件，实现 Component 中与子部件有关的接口。
  • Client：通过Component接口，操纵组合部件的对象。

    协作原理

  • 用户使用Component类接口与组合结构中的对象进行交互。 如果接收者是一个叶节点，则直接处理请求。 如果接收者是Composite， 它通常将请求发送给它的子部件， 在转发请求之前与/或之后可能执行一些辅助操作。

实例分析

在中文中，一句话是由词语组成的，而词语又由字组成；在英文中，句子由单词组成，而单词又由一个个字母组成。每个对象都可定义的它之前的或之后的内容。比如一个中文句子总是以句号结尾，一个英文单词之前通常是有空格的。这种结构可以形成了递归嵌套的结构，句子是父容器，单词是子容器，字母是叶节点。

CharacterComposite 是一个抽象类，定义了所有容器类或叶节点的接口，容器应当实现的功能有：获取子组件、对子组件进行计数、定义组件的格式化输出规则。Sentence(句子) 和 Word (单词)都属于容器，而 Character (字母)则属于叶节点，因为字母中无法再添加子组件了，它是层次结构中的最末端。

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/**
 * 所有容器的抽象父类
 */
public abstract class CharacterComposite {

  private List<CharacterComposite> children = new ArrayList<>();

  public void add(CharacterComposite character) {
    children.add(character);
  }

  public int count() {
    return this.children.size();
  }

  public void printBefore() {
  }

  public void printAfter() {
  }

  public void print() {
    printBefore();
    for (CharacterComposite item : children) {
      item.print();
    }
    printAfter();
  }
}

EnglishWord 组件前应当输出一个空格，EnglishSentence 组件后应当输出一个“.”，ChineseSentence 组件后应当输出一个“。”等。

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/**
 * 英文句子
 */
public class EnglishSentence extends CharacterComposite {

  public EnglishSentence(List<EnglishWord> words) {
    for (EnglishWord word : words) {
      add(word);
    }
  }

  @Override
  public void printAfter() {
    System.out.println(".");
  }
}

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/**
 * 英文单词
 */
public class EnglishWord extends CharacterComposite {

  public EnglishWord(List<Character> characters) {
    for (Character c : characters) {
      add(c);
    }
  }

  @Override
  public void printBefore() {
    System.out.print(" ");
  }
}

Word 作为 Sentence 的子容器，Character 作为 Word 的子组件，属于叶节点。

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/**
 * 字母
 */
public class Character extends CharacterComposite {

  private char c;

  public Character(char c) {
    this.c = c;
  }

  @Override
  public void print() {
    System.out.print(c);
  }
}

Writer 为句子生成器，各个组件及子组件均由它负责填充，最终形成一个完成的结构。

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/**
 * 语句生成器
 */
public class Writer {

  public CharacterComposite sentenceByChinese() {
    List<ChineseWord> words = new ArrayList<>();

    words.add(new ChineseWord(Arrays.asList(new Character('我'))));
    words.add(new ChineseWord(Arrays.asList(new Character('是'))));
    words.add(new ChineseWord(Arrays.asList(new Character('来'), new Character('自'))));
    words.add(new ChineseWord(Arrays.asList(new Character('北'), new Character('京'))));
    words.add(new ChineseWord(Arrays.asList(new Character('的'))));
    words.add(new ChineseWord(Arrays.asList(new Character('小'), new Character('明'))));

    return new ChineseSentence(words);
  }

  public CharacterComposite sentenceByEnglish() {
    List<EnglishWord> words = new ArrayList<>();

    words.add(new EnglishWord(Arrays.asList(new Character('I'))));
    words.add(new EnglishWord(Arrays.asList(new Character('a'), new Character('m'))));
    words.add(new EnglishWord(Arrays.asList(new Character('a'))));
    words.add(new EnglishWord(Arrays.asList(new Character('s'), new Character('t'), new Character('u'), new Character('d'), new Character('e'), new Character('n'), new Character('t'))));
    words.add(new EnglishWord(Arrays.asList(new Character('f'), new Character('r'), new Character('o'), new Character('m'))));
    words.add(new EnglishWord(Arrays.asList(new Character('L'), new Character('o'), new Character('n'), new Character('d'), new Character('o'), new Character('n'))));

    return new EnglishSentence(words);
  }
}

效果

  • Composite 模式定义了基本对象和组合对象的基本层次结构，基本对象可以组合形成更复杂的对象，这个对象还可以再次进行组合，依次类推，可以实现无限层的递归嵌套结构，上文中提到的句子-单词-字母结构即是如此。
  • 所有的容器都是这个接口的实现，用户可以一致地使用组合结构和单个对象，用户不需要知道它是否为叶节点或包含子容器的一个组件，从而大大简化了代码结构，定义组合的类时避免了各种复杂的包含着大量判断的方法。
  • 在增加新的组件的时候更简单，无论是新增一种容器或一个叶节点都很方便，无需单独再定义新类并且可以很容易和现有的组件或容器结合工作，客户端无需随新组件的增加而做任何改变
  • 使代码结构更具通用性，但也存在一些问题。增加组件很方便，但无法对子组件做过多的限制，即使客户希望在容器中只增加某种特定的组件，由于使用 Composite 而无法依靠别的类做过多的约束，这些检验类型的工作就要放到运行时去做了

适用场景

  • 你想表示对象的部分-整体层次结构
  • 你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

开源项目

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Java 实现的面向对象软件设计模式
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该项目目前处在开发阶段

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