《Head First 設計模式》：組合模式

驚卻一目發表於2020-09-13
設計模式

正文

一、定義

組合模式允許你將物件合成樹形結構來表現“整體/部分”層次結構。組合能讓客戶以一致的方式處理組合物件以及個體物件。

  • 組合物件：包含其他元件的元件。
  • 個體物件（葉節點物件）：沒有包含其他元件的元件。

要點：

  • 組合結構內的任意物件稱為元件，元件可以是組合，也可以是葉節點。
  • 通過將組合物件和個體物件放在樹形結構中，我們建立了一個“整體/部分”層次結構。如果將整個樹形結構視為一個“大組合”的話，那麼這個樹形結構的每一個“子樹形結構”也是一個組合，包括葉節點也可以被視為一個不包含其他物件的組合。這樣一來，我們就有了“以一致的方式處理”的基礎了。
  • 所謂“以一致的方式處理”，是指組合和葉節點具有共同的方法可以呼叫。這就要求它們必須實現相同的介面。
  • 組合模式允許客戶對組合物件和個體物件一視同仁。換句話說，我們可以把相同的操作應用在組合物件和個體物件上。

二、實現步驟

1、建立元件抽象類

也可以使用元件介面。

元件中有些方法可能不適合某種物件，此時我們可以拋異常或者提供特定實現。

/**
 * 元件抽象類
 */
public abstract class Component {
    
    /**
     * 子元件（可以是組合或葉節點）
     */
    protected List<Component> childs = new ArrayList<Component>();

    /**
     * 新增子元件
     */
    public void addChild(Component component) {
        childs.add(component);
    }
    
    /**
     * 移除子元件
     */
    public void removeChild(Component component) {
        childs.remove(component);
    }
    
    /**
     * 獲取所有子元件
     */
    public List<Component> getChilds() {
        return childs;
    }
    
    public String getName() {
        // 預設拋異常，由子類決定要不要覆蓋
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
}

2、建立組合及葉節點，並繼承元件抽象類

（1）組合

組合可以包含其他組合，也可以包含葉節點。

/**
 * 組合
 */
public class Composite extends Component {

    private String name;
    
    public Composite(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String getName() {
        return name;
    }
}

（2）葉節點

葉節點無法新增、刪除、獲取子節點，因此需要對相應的方法進行特殊處理。

/**
 * 葉節點
 */
public class Leaf extends Component {

    private String name;
    
    public Leaf(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    @Override
    public void addChild(Component component) {
        // 葉節點不能新增子節點，可以拋異常或者空實現
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    @Override
    public void removeChild(Component component) {
        // 葉節點沒有子節點可移除，可以拋異常或者空實現
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    @Override
    public List<Component> getChilds() {
        // 葉節點沒有子節點，可以拋異常或者返回空集合
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    @Override
    public String getName() {
        return name;
    }
}

3、統一使用元件的方法，操作組合及葉節點

由於組合及葉節點都實現了元件介面，因此可以使用元件的方法來操作組合及葉節點。

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        // 組合
        Component composite1 = new Composite("composite1");
        Component composite2 = new Composite("composite2");
        Component composite3 = new Composite("composite3");
        // 葉節點
        Component leaf1 = new Leaf("leaf1");
        Component leaf2 = new Leaf("leaf2");
        Component leaf3 = new Leaf("leaf3");
        Component leaf4 = new Leaf("leaf4");
        
        // 組合1包含組合2、3
        composite1.addChild(composite2);
        composite1.addChild(composite3);
        // 組合2包含葉節點1、2
        composite2.addChild(leaf1);
        composite2.addChild(leaf2);
        // 組合3包含葉節點3、4
        composite3.addChild(leaf3);
        composite3.addChild(leaf4);
        
        // 列印元件名稱
        System.out.println(composite1.getName());
        for (Component child : composite1.getChilds()) {
            System.out.println(" " + child.getName());
            for (Component leaf : child.getChilds()) {
                System.out.println("  " + leaf.getName());
            }
        }
    }
}

三、舉個例子

1、背景

物件村餐廳和物件村煎餅屋合併了，它們合併後的新公司建立了一個 Java 版本的女招待。這個 Java 版本的女招待能夠列印使用 ArrayList 儲存的餐廳選單和煎餅屋選單。

現在它們打算加上一份餐後甜點的“子選單”。也就是說，這個 Java 版本的女招待不僅要支援列印多個選單，還要支援列印選單中的選單。

2、實現

由於選單可能包含選單和選單項，因此我們可以建立一個樹形結構，這個樹形結構由選單和選單項組成。

通過將選單和選單項放在相同的結構中，我們既可以把整個結構視為一個“大選單”，也可以把這個結構的任一部分視為一個“子選單”，包括選單項也可以視為一個“我本身就是選單項因此沒必要再包含選單項的選單”。這樣，我們就可以以一致的方式來處理選單和選單項了。

（1）建立選單元件抽象類

/**
 * 選單元件抽象類
 */
public abstract class MenuComponent {
    
    /**
     * 子元件（可以是選單或選單項）
     */
    protected List<MenuComponent> childs = new ArrayList<MenuComponent>();
    
    /**
     * 新增子元件
     */
    public void addChild(MenuComponent component) {
        childs.add(component);
    }
    
    /**
     * 移除子元件
     */
    public void removeChild(MenuComponent component) {
        childs.remove(component);
    }
    
    /**
     * 獲取所有子元件
     */
    public List<MenuComponent> getChilds() {
        return childs;
    }
    
    public String getName() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public double getPrice() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public void print() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
}

（2）建立選單，並繼承選單元件抽象類

/**
 * 選單（組合）
 */
public class Menu extends MenuComponent {

    private String name;
    
    public Menu(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String getName() {
        return name;
    }
    
    @Override
    public void print() {
        System.out.println("\n" + getName());;
        System.out.println("---------------------");;
    }
}

（3）建立選單項，並繼承選單元件抽象類

/**
 * 選單項（葉節點）
 */
public class MenuItem extends MenuComponent {

    private String name;
    private double price;
    
    public MenuItem(String name, double price) {
        this.name = name;
        this.price = price;
    }
    
    @Override
    public void addChild(MenuComponent component) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    @Override
    public void removeChild(MenuComponent component) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    @Override
    public List<MenuComponent> getChilds() {
        return childs;
    }
    
    @Override
    public String getName() {
        return name;
    }
    
    @Override
    public double getPrice() {
        return price;
    }
    
    @Override
    public void print() {
        System.out.println("  " + getName() + ", " + getPrice());;
    }
}

（4）建立女招待

/**
 * 女招待
 */
public class Waitress {
    
    MenuComponent allMenus;
    
    public Waitress(MenuComponent allMenus) {
        this.allMenus = allMenus;
    }
    
    public void printMenu() {
        print(allMenus);
    }
    
    private void print(MenuComponent menuComponent) {
        menuComponent.print();
        for (MenuComponent child : menuComponent.getChilds()) {
            print(child);
        }
    }
}

（5）使用女招待列印選單

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        // 所有選單
        MenuComponent allMenus = new Menu("ALL MENUS");
        // 子選單
        MenuComponent pancakeHouseMenu = new Menu("PANCAKE HOUSE MENU");
        MenuComponent dinerMenu = new Menu("DINER MENU");
        MenuComponent dessertMenu = new Menu("DESSERT MENU");
        
        // 新增煎餅屋選單及選單項
        allMenus.addChild(pancakeHouseMenu);
        pancakeHouseMenu.addChild(new MenuItem("Regular Pancake Breakfast", 2.99));
        pancakeHouseMenu.addChild(new MenuItem("Blueberry Pancakes", 3.49));
        pancakeHouseMenu.addChild(new MenuItem("Waffles", 3.59));
        // 新增餐廳選單及選單項
        allMenus.addChild(dinerMenu);
        dinerMenu.addChild(new MenuItem("BLT", 2.99));
        dinerMenu.addChild(new MenuItem("Soup of the day", 3.29));
        dinerMenu.addChild(new MenuItem("Hotdog", 3.05));
        // 新增甜點選單及選單項
        dinerMenu.addChild(dessertMenu);
        dessertMenu.addChild(new MenuItem("Apple Pie", 1.59));
        dessertMenu.addChild(new MenuItem("Cheesecake", 1.99));
        dessertMenu.addChild(new MenuItem("Sorbet", 1.89));
        
        // 使用女招待列印選單
        Waitress waitress = new Waitress(allMenus);
        waitress.printMenu();
    }
}

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