C#設計模式系列：組合模式（Composite）

1、組合模式簡介

1.1>、定義

　　組合模式主要用來處理一類具有“容器特徵”的物件——即它們在充當物件的同時，又可以作為容器包含其他多個物件。

1.2>、使用頻率

　　 中高

2、組合模式結構圖

2.1>、結構圖

2.2>、參與者

　　組合模式參與者：

　　◊ Component

　　　　° 宣告組合中物件的介面；

　　　　° 實現全部類中公共介面的預設行為；

　　　　° 宣告訪問和管理子類的介面；

　　　　° （可選擇）定義介面提供在遞迴結構中訪問父類。

　　◊ Leaf

　　　　° 表示在組合物件中葉子節點物件，沒有子節點；

　　　　° 定義組合物件中的初始行為。

　　◊ Composite

　　　　° 定義Component子類的行為；

　　　　° 儲存Component子類；

　　　　° 實現Component介面的子類關聯操作。

　　◊ Client

　　　　° 通過Component介面組合多個物件。

3、組合模式結構實現

　　Component.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace DesignPatterns.CompositePattern.Structural
{
    public abstract class Component
    {
        protected string _name;

        public Component(string name)
        {
            this._name = name;
        }

        public abstract void Add(Component c);

        public abstract void Remove(Component c);

        public abstract void Display(int depth);
    }
}

　　Leaf.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace DesignPatterns.CompositePattern.Structural
{
    public class Leaf : Component
    {
        public Leaf(string name)
            : base(name)
        {
        }

        public override void Add(Component c)
        {
            Console.WriteLine("Cannot add to a leaf");
        }

        public override void Remove(Component c)
        {
            Console.WriteLine("Cannot remove from a leaf");
        }

        public override void Display(int depth)
        {
            Console.WriteLine(new String('-', depth) + _name);
        }
    }
}

　　Composite.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace DesignPatterns.CompositePattern.Structural
{
    public class Composite : Component
    {
        private List<Component> _children = new List<Component>();

        public Composite(string name)
            : base(name)
        {
        }

        public override void Add(Component component)
        {
            _children.Add(component);
        }

        public override void Remove(Component component)
        {
            _children.Remove(component);
        }

        public override void Display(int depth)
        {
            Console.WriteLine(new String('-', depth) + _name);

            foreach (Component component in _children)
            {
                component.Display(depth + 2);
            }
        }
    }
}

　　Client.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace DesignPatterns.CompositePattern.Structural
{
    public class Client
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // Create a tree structure
            Composite root = new Composite("root");
            root.Add(new Leaf("Leaf A"));
            root.Add(new Leaf("Leaf B"));

            Composite comp = new Composite("Composite X");
            comp.Add(new Leaf("Leaf XA"));
            comp.Add(new Leaf("Leaf XB"));

            root.Add(comp);
            root.Add(new Leaf("Leaf C"));

            // Add and remove a leaf
            Leaf leaf = new Leaf("Leaf D");
            root.Add(leaf);
            root.Remove(leaf);

            // Recursively display tree
            root.Display(1);
        }
    }
}

　　執行結果：

-root
---Leaf A
---Leaf B
---Composite X
-----Leaf XA
-----Leaf XB
---Leaf C
請按任意鍵繼續. . .

4、組合模式實踐應用

　　Shape.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace DesignPatterns.CompositePattern.Practical
{
    public abstract class Shape
    {
        protected string _name;

        public Shape(string name)
        {
            this._name = name;
        }

        /// <summary>
        /// 面積
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public abstract double Area();

        /// <summary>
        /// 顯示
        /// </summary>
        public abstract void Display();
    }
}

　　Circle.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace DesignPatterns.CompositePattern.Practical
{
    /// <summary>
    /// 圓形
    /// </summary>
    public class Circle : Shape
    {
        private double _radius;

        public Circle(string name, double radius)
            : base(name)
        {
            this._radius = radius;
        }

        public override double Area()
        {
            return Math.Round(Math.PI * _radius * _radius, 2);
        }

        public override void Display()
        {
            Console.WriteLine("{0} 半徑：{1}，面積：{2}", _name, _radius, this.Area());
        }
    }
}

　　Rectangle.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace DesignPatterns.CompositePattern.Practical
{
    /// <summary>
    /// 矩形
    /// </summary>
    public class Rectangle : Shape
    {
        private double _width;
        private double _height;

        public Rectangle(string name, double width, double height)
            : base(name)
        {
            this._width = width;
            this._height = height;
        }

        public override double Area()
        {
            return _width * _height;
        }

        public override void Display()
        {
            Console.WriteLine("{0} 長：{1}，寬：{2}，面積：{3}", _name, _width, _height, this.Area());
        }
    }
}

　　Triangle.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace DesignPatterns.CompositePattern.Practical
{
    /// <summary>
    /// 三角形
    /// </summary>
    public class Triangle : Shape
    {
        private double _a;
        private double _b;
        private double _c;

        /// <summary>
        /// 三角形建構函式
        /// 引數：三角形名稱和三條邊長
        /// </summary>
        /// <param name="name">三角形名稱</param>
        /// <param name="a">第一條邊長</param>
        /// <param name="b">第二條邊長</param>
        /// <param name="c">第三條邊長</param>
        public Triangle(string name, double a, double b, double c)
            : base(name)
        {
            _a = a;
            _b = b;
            _c = c;
        }

        public override double Area()
        {
            double p = (_a + _b + _c) / 2;
            return Math.Sqrt(p * (p - _a) * (p - _b) * (p - _c));
        }

        public override void Display()
        {
            Console.WriteLine("{0} 三條邊長：{1}，{2}，{3},面積：{3}", _name, _a, _b, _c, this.Area());
        }
    }
}

　　Graphics.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace DesignPatterns.CompositePattern.Practical
{
    public class Graphics : Shape
    {
        private List<Shape> _children = new List<Shape>();

        public Graphics(string name)
            : base(name)
        { }

        public override double Area()
        {
            double sum = 0;
            foreach (Shape child in _children)
            {
                sum += child.Area();
            }
            return sum;
        }

        public override void Display()
        {
            foreach (Shape child in _children)
            {
                child.Display();
            }

            Console.WriteLine("{0} 總面積：{1}", _name, this.Area());
        }

        public void Add(Shape child)
        {
            _children.Add(child);
        }

        public void Remove(Shape child)
        {
            _children.Remove(child);
        }
    }
}

　　Client.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace DesignPatterns.CompositePattern.Practical
{
    public class Client
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Graphics graphics = new Graphics("全部圖形");

            Circle circle = new Circle("圓形", 5);
            graphics.Add(circle);

            Rectangle rectangle = new Rectangle("矩形", 4, 5);
            graphics.Add(rectangle);

            Triangle triangle = new Triangle("三角形", 3, 4, 5);
            graphics.Add(triangle);

            graphics.Display();
        }
    }
}

　　執行結果：

圓形 半徑：5，面積：78.54
矩形 長：4，寬：5，面積：20
三角形 三條邊長：3，4，5,面積：5
全部圖形 總面積：104.54
請按任意鍵繼續. . .

5、組合模式應用分析

　　組合模式可以適用以下情形：

　　◊ 希望把物件表示成部分—整體層次結構；

　　◊ 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所有物件。

　　組合模式具有以下特點：

　　◊ 定義了包含基本物件和組合物件的類層次結構。基本物件可以被組合成更復雜的組合物件，而這個組合物件又可以被組合，不斷的遞迴下去。客戶程式碼中，任何用到基本物件的地方都可以使用組合物件；

　　◊ 簡化客戶程式碼。客戶可以一致地使用組合結構和單個物件。這樣使用者就不必關心處理的是一個葉子節點還是一個組合元件，從而簡化了客戶程式碼；

　　◊ 使得新增型別的元件更加容易。新定義的Composite或Leaf子類自動地與已有的結構和客戶程式碼一起協同工作，客戶程式不需因新的Component類而改變。

6、參考資料

http://www.dofactory.com/Patterns/PatternComposite.aspx