C#設計模式學習筆記：(9)組合模式

本筆記摘抄自：https://www.cnblogs.com/PatrickLiu/p/7743118.html，記錄一下學習過程以備後續查用。

一、引言
今天我們要講結構型設計模式的第四個模式–組合模式。當我們談到這個模式的時候，有一個物件和這個模式很像，那就是“俄羅斯套娃”。“俄羅斯套娃”是

大的瓷器娃娃裡面裝著一個小的瓷器娃娃，小的瓷器娃娃裡面再裝著更小的瓷器娃娃，直到最後一個不能再裝更小的瓷器娃娃的那個瓷器娃娃為止。在我們

的作業系統中有資料夾的概念，資料夾可以包含資料夾並可以巢狀多層，這個和“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“開始選單”，這個選單是樹形結構。這些例子包含的東西或內容我們稱之為物件，物件可以分為兩類：一類是容器物件，可以包含其它的子物件；另一

類是：葉子物件，這類物件是不能再包含其它的物件。在軟體設計中，我們該怎麼處理這種情況呢？是每類物件分別對待，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，接下來我們就好好地介紹一下“組合模式”吧。

二、組合模式介紹

組合模式：英文名稱–Composite Pattern；分類–結構型。

2.1、動機（Motivate）

客戶程式碼過多地依賴於物件容器（物件容器是物件的容器，細細評味）複雜的內部實現結構，物件容器內部實現結構（而非抽象介面）的變化將引起客戶

程式碼的頻繁變化，帶來了程式碼的維護性、擴充套件性等方面的弊端。如何將“客戶程式碼與複雜的物件容器結構”解耦？如何讓物件容器自己來實現自身的複雜結構，

從而使得客戶程式碼就像處理簡單物件一樣來處理複雜的物件容器？

2.2、意圖（Intent）

將物件組合成樹形結構以表示“部分-整體”的層次結構。Composite使得使用者對單個物件和組合物件的使用具有一致性。——《設計模式》GoF
2.3、結構圖（Structure）

2.4、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，它給參加組合的物件定義出了公共的介面及預設行為，可以用來管理所有的子物件（在透明式的組

合模式是這樣的）。在安全式的組合模式裡，構件角色並不定義出管理子物件的方法，這一定義由樹枝結構物件給出。

2）樹葉構件角色（Leaf）：樹葉物件是沒有下級子物件的物件，定義出參加組合的原始物件的行為。（原始物件的行為可以理解為沒有容器物件管理子對

象的方法，或者原始物件行為+管理子物件的行為（Add，Remove等）=面對客戶程式碼的介面行為集合）

3）樹枝構件角色（Composite）：代表參加組合的有下級子物件的物件，樹枝物件給出所有管理子物件的方法實現，如Add、Remove等。組合模式實現的

最關鍵的地方是–簡單物件和複合物件必須實現相同的介面。這就是組合模式能夠將組合物件和簡單物件進行一致處理的原因。

2.5、組合模式的具體實現
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。在這裡我就詳細說一下何為“透明式”？何為“安全式”？所謂透明式是指

“抽象構件角色”定義的介面行為集合包含兩個部分：一部分是葉子物件本身所包含的行為（比如Operation），另外一部分是容器物件本身所包含的管理子物件

的行為(Add,Remove)。這個抽象構件必須同時包含這兩類物件所有的行為，客戶端程式碼才會透明的使用，無論呼叫容器物件還是葉子物件，介面方法都是一樣

的，這就是透明–針對客戶端程式碼的透明，但是也有它自己的問題。葉子物件不會包含自己的子物件，為什麼要有Add,Remove等類似方法呢？呼叫葉子物件這

樣的方法可能（注意：我這裡說的是可能，因為有些人會把這些方法實現為空，不做任何動作，當然也不會有異常丟擲了，不要抬槓）會丟擲異常，這樣就不

安全了，然後人們就提出了“安全式的組合模式”。所謂安全式是指“抽象構件角色”只定義葉子物件的方法，確切的說這個抽象構件只定義兩類物件共有的行為，

然後容器物件的方法定義在“樹枝構件角色”上，這樣葉子物件有葉子物件的方法，容器物件有容器物件的方法，這樣責任很明確，當然呼叫肯定不會丟擲異常了。

大家可以根據自己的情況自行選擇是實現為“透視式”還是“安全式”，以下我們會針對這兩種情況都進行實現。

2.5.1“透明式的組合模式”的具體實現

   class Program
    {
        /// <summary>
        /// 該抽象類是資料夾抽象介面的定義，該型別相當於抽象構件Component型別。
        /// </summary>
        public abstract class TransparentMoodFolder
        {
            //增加資料夾或檔案
            public abstract void Add(TransparentMoodFolder folder);

            //刪除資料夾或者檔案
            public abstract void Remove(TransparentMoodFolder folder);

            //開啟資料夾或者檔案，該操作相當於Component型別的Operation方法。
            public abstract void Open();
        }

        /// <summary>
        /// 該Word文件類就是葉子構件的定義，該型別相當於Leaf型別，不能再包含子物件。
        /// </summary>
        public sealed class TransparentMoodWord : TransparentMoodFolder
        {
            //增加資料夾或檔案
            public override void Add(TransparentMoodFolder folder)
            {
                throw new Exception("Word文件不具有該功能。");
            }

            //刪除資料夾或者檔案
            public override void Remove(TransparentMoodFolder folder)
            {
                throw new Exception("Word文件不具有該功能。");
            }

            //開啟檔案--該操作相當於Component型別的Operation方法
            public override void Open()
            {
                Console.WriteLine("開啟Word文件，開始進行編輯。");
            }
        }

        /// <summary>
        /// SonFolder型別就是樹枝構件，由於我們使用的是“透明式”，所以Add、Remove都是從Folder型別繼承下來的。
        /// </summary>
        public class TransparentMoodSonFolder : TransparentMoodFolder
        {
            //增加資料夾或檔案
            public override void Add(TransparentMoodFolder folder)
            {
                Console.WriteLine("資料夾或者檔案增加成功。");
            }

            //刪除資料夾或者檔案
            public override void Remove(TransparentMoodFolder folder)
            {
                Console.WriteLine("資料夾或者檔案刪除成功。");
            }

            //開啟資料夾--該操作相當於Component型別的Operation方法
            public override void Open()
            {
                Console.WriteLine("開啟資料夾。");
            }
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            #region 組合模式之透明式
            TransparentMoodFolder myword = new TransparentMoodWord();
            myword.Open();                                  //開啟檔案
            //myword.Add(new TransparentMoodSonFolder());     //丟擲異常
            //myword.Remove(new TransparentMoodSonFolder());  //丟擲異常


            TransparentMoodFolder myfolder = new TransparentMoodSonFolder();
            myfolder.Open();                                    //開啟資料夾
            myfolder.Add(new TransparentMoodSonFolder());       //增加資料夾或者檔案
            myfolder.Remove(new TransparentMoodSonFolder());    //刪除資料夾或者檔案

            Console.Read();
            #endregion
        }
    }

執行結果如下：

2.5.2“安全式的組合模式”的具體實現

 class Program
    {
        /// <summary>
        /// 該抽象類就是資料夾抽象介面的定義，該型別相當於抽象構件Component型別。
        /// </summary>
        public abstract class SafeMoodFolder    //該型別少了容器物件管理子物件方法的定義，換在樹枝構件也就是SonFolder型別中定義。
        {
            //開啟資料夾或者檔案--該操作相當於Component型別的Operation方法
            public abstract void Open();
        }

        /// <summary>
        /// 該Word文件類就是葉子構件的定義，該型別相當於Leaf型別，不能再包含子物件。
        /// </summary>
        public sealed class SafeMoodWord : SafeMoodFolder   //這型別現在很乾淨
        {
            //開啟檔案--該操作相當於Component型別的Operation方法
            public override void Open()
            {
                Console.WriteLine("開啟Word文件，開始進行編輯。");
            }
        }

        /// <summary>
        /// SonFolder型別就是樹枝構件，現在由於我們使用的是“安全式”，所以Add、Remove都是從此處開始定義的。
        /// </summary>
        public abstract class SafeMoodSonFolder : SafeMoodFolder //這裡可以是抽象介面，可以自己根據自己的情況而定。
        {
            //增加資料夾或檔案
            public abstract void Add(SafeMoodFolder folder);

            //刪除資料夾或者檔案
            public abstract void Remove(SafeMoodFolder folder);

            //開啟資料夾--該操作相當於Component型別的Operation方法
            public override void Open()
            {
                Console.WriteLine("開啟資料夾。");
            }
        }

        /// <summary>
        /// NextFolder型別就是樹枝構件的實現類
        /// </summary>
        public sealed class SafeMoodNextFolder : SafeMoodSonFolder
        {
            //增加資料夾或檔案
            public override void Add(SafeMoodFolder folder)
            {
                Console.WriteLine("資料夾或者檔案增加成功。");
            }

            //刪除資料夾或者檔案
            public override void Remove(SafeMoodFolder folder)
            {
                Console.WriteLine("資料夾或者檔案刪除成功。");
            }

            //開啟資料夾--該操作相當於Component型別的Operation方法
            public override void Open()
            {
                Console.WriteLine("開啟資料夾。");
            }
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            #region 組合模式之安全式
            SafeMoodFolder myword = new SafeMoodWord();
            myword.Open();  //開啟檔案

            SafeMoodFolder myfolder = new SafeMoodNextFolder();
            myfolder.Open();                                                //開啟資料夾
            //此處要是用增加和刪除功能，需要轉換型別，否則不能使用。
            ((SafeMoodSonFolder)myfolder).Add(new SafeMoodNextFolder());    //成功增加檔案或者資料夾
            ((SafeMoodSonFolder)myfolder).Remove(new SafeMoodNextFolder()); //成功刪除檔案或者資料夾

            Console.Read();
            #endregion
        }
    }

執行結果如下：

這兩種模式都不是很難，請仔細體會實現關鍵點，最重要的是要理解模式的意圖並結合結構圖。

三、組合模式的實現要點

1）Composite模式採用樹形結構來實現普遍存在的物件容器，從而將“一對多”的關係轉化為“一對一”的關係，使得客戶程式碼可以一致地處理物件和物件容器，

無需關心處理的是單個的物件，還是組合的物件容器。
2）將“客戶程式碼與複雜的物件容器結構”解耦是Composite模式的核心思想，解耦之後，客戶程式碼將與純粹的抽象介面而非物件容器的複雜內部實現結構發生

依賴關係，從而更能“應對變化”。
3）Composite模式中，是將“Add和Remove等和物件容器相關的方法”定義在“表示抽象物件的Component類”中，還是將其定義在“表示物件容器的Composite

類”中，是一個關乎“透明性”和“安全性”的兩難python基礎教程
問題，需要仔細權衡。這裡有可能違背物件導向的“單一職責原則”，但是對於這種特殊結構，這又是必須付出的代價。

ASP.Net控制元件的實現在這方面為我們提供了一個很好的示範。
4）Composite模式在具體實現中，可以讓父物件中的子物件反向追朔；如果父物件有頻繁的遍歷c#教程需求，可使用快取技巧來改善效率。
3.1、組合模式的優點

1）組合模式使得客戶端程式碼可以一致地處理物件和物件容器，無需關係處理的單個物件，還是組合的物件容器。

2）將”客戶程式碼與複雜的物件容器結構“解耦。

3）可以更容易地往組合物件中加入新的構件。

3.2、組合模式的缺點

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

3.3、在以下情況下應該考慮使用組合模式

1）需要表示一個物件整體或部分的層次結構。

2）希望使用者忽略組合物件與單個物件的不同，使用者將統一地使用組合結構中的所有物件。

四、.NET中組合模式的實現
其實組合模式在FCL裡面運用還是很多的，不知道大家是不是有所感覺？這個模式大多數是運用在控制元件上或者是與介面操作、展示相關的操作上。

這個模式在.NET中最典型的應用就是WinForms和Web，在這兩種平臺的應用開發中，.NET類庫提供了很多現有的控制元件，而System.Windows.Forms.dll中的

System.Windows.Forms.Control類就應用了組合模式，如控制元件Label、TextBox等控制元件，可以理解為葉子物件，而GroupBox、DataGrid等複合的控制元件可以稱之為

容器控制元件，每個控制元件都需要呼叫OnPaint方法來進行控制元件顯示，為了表示這種物件之間整體與部分的層次結構，微軟在Control類的實現中應用了組合模式（確切

地說應用了透明式的組合模式）。
五、總結
模式這個東西就像“獨孤九劍”，不要死記硬背，要多看看別人的、多寫寫程式碼、要理解場景和意圖，多寫多練吧，你就有可能成為一代大俠。模式學無止境，

我也是剛剛開始。