1 模式的定義
組合模式是一種結構型設計模式，用於將物件組合成樹形結構以表示部分-整體層次結構。這個模式允許客戶端以一致的方式處理單個物件和物件組合，因此它將單個物件和組合物件視為可互換的。
組合模式允許你將物件組合成樹狀結構來表示"部分-整體"的層次結構。組合模式使得客戶端可以統一地處理單個物件和組合物件，無需關心它們的具體型別，從而簡化了客戶端的程式碼。
2 舉例說明
讓我們以檔案系統為例來說明組合模式。在檔案系統中，檔案和目錄都可以被視為物件。檔案是葉節點，而目錄可以包含檔案和其他目錄，形成一個樹形結構。
假設有一個檔案系統，其中包含以下結構：
- 檔案1.txt
- 檔案2.txt
- 資料夾A
- 檔案3.txt
- 資料夾B
- 檔案4.txt
在這裡，資料夾A是一個組合物件，它包含了檔案3.txt和資料夾B，而資料夾B也是一個組合物件，它包含了檔案4.txt。這種層次結構可以透過組合模式來表示和操作。
3 結構
組合模式的結構包括以下幾個要素：
抽象元件（Component）：定義組合中的物件的通用介面，可以是抽象類或介面，包含了新增、刪除、獲取子元件等公共方法。
葉子元件（Leaf）：表示組合中的葉子節點物件，沒有子節點，實現了抽象元件的介面。
容器元件（Composite）：表示組合中的容器節點物件，可以包含葉子節點和其他容器節點，實現了抽象元件的介面，包含了管理子元件的方法。
客戶端（Client）：使用組合模式的客戶端，透過抽象元件的介面操作組合中的物件，不需要知道具體的葉子節點和容器節點的實現。
其中，抽象元件是組合模式的核心，定義了組合中物件的通用介面，使得葉子節點和容器節點可以一視同仁，客戶端透過抽象元件的介面操作組合中的物件，實現了組合模式的透明性。
4 實現步驟
實現組合模式時，通常需要遵循以下步驟：
建立一個抽象的 Component 介面，定義了組合物件和葉物件的公共介面，包括新增、刪除、獲取子元件等方法。
建立具體的 Leaf 類，實現 Component 介面，表示葉物件。
建立具體的 Composite 類，實現 Component 介面，表示組合物件。在 Composite 類中，通常會維護一個子物件列表，用於儲存包含的子元件。
在客戶端程式碼中，可以建立組合物件和葉物件，然後以一致的方式操作它們，無需關心它們的具體型別。
5 程式碼實現（java）
以下是一個簡單的 Java 程式碼示例，演示了組合模式的實現：
// Step 1: Component interface
interface Component {
void operation();
}
// Step 2: Leaf class
class Leaf implements Component {
private String name;
public Leaf(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void operation() {
System.out.println("Leaf: " + name);
}
}
// Step 3: Composite class
class Composite implements Component {
private List<Component> children = new ArrayList<>();
public void add(Component component) {
children.add(component);
}
public void remove(Component component) {
children.remove(component);
}
@Override
public void operation() {
System.out.println("Composite:");
for (Component component : children) {
component.operation();
}
}
}
// Step 4: Client code
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// Create leaf objects
Leaf leaf1 = new Leaf("File1.txt");
Leaf leaf2 = new Leaf("File2.txt");
Leaf leaf3 = new Leaf("File3.txt");
Leaf leaf4 = new Leaf("File4.txt");
// Create composite objects
Composite folderA = new Composite();
Composite folderB = new Composite();
// Add leaf objects to folderA and folderB
folderA.add(leaf1);
folderA.add(leaf2);
folderA.add(leaf3);
folderB.add(leaf4);
// Add folderB to folderA
folderA.add(folderB);
// Perform operations
folderA.operation();
}
}
6 典型應用場景
組合模式在以下場景中經常被使用：
選單和選單項：選單通常由選單項組成，選單項可以是葉節點，也可以是包含其他選單項的選單。使用組合模式可以方便地構建選單的層次結構。
組織結構：組織結構通常由部門和員工組成，部門可以包含其他部門或員工，形成樹狀結構。使用組合模式可以方便地管理組織結構的層次關係。
圖形介面控制元件：圖形介面通常由控制元件組成，控制元件可以是容器控制元件，也可以是按鈕、文字框等基本控制元件。使用組合模式可以方便地構建複雜的圖形介面。
訂單和訂單項：訂單通常由訂單項組成，訂單項可以是商品或服務，也可以是其他訂單。使用組合模式可以方便地管理訂單的層次結構。
7 優缺點
優點：
可以方便地處理樹形結構，將葉子節點和容器節點一視同仁，簡化了客戶端的操作。增加新的元件也很容易，只需要實現抽象元件的介面即可。可以使客戶端程式碼更加簡潔，不需要考慮葉子節點和容器節點的具體實現。符合開閉原則，可以很方便地擴充套件組合中的物件。
缺點：
可能會導致設計過度，增加了系統的複雜性。可能會降低系統的效能，因為需要遞迴遍歷整個樹形結構。可能會使設計變得抽象，不太容易理解和維護。
總之，組合模式適用於需要處理樹形結構的場景，可以使程式碼更加簡潔，符合開閉原則，但也需要注意不要過度設計，以及可能會降低系統的效能
8 類似模式
組合模式與以下模式有一定的相似性：
裝飾者模式（Decorator Pattern）：裝飾者模式和組合模式都是透過組合物件來實現功能的。但裝飾者模式注重對單個物件的功能進行擴充套件，而組合模式注重對整個物件結構進行操作。
迭代器模式（Iterator Pattern）：迭代器模式和組合模式都可以用於處理集合物件。迭代器模式透過提供一個迭代器物件來遍歷集合，而組合模式可以用於構建樹形結構的集合。
訪問者模式（Visitor Pattern）：訪問者模式和組合模式都可以用於處理樹形結構。但訪問者模式注重對樹形結構中的節點進行操作，而組合模式注重對整個物件結構進行操作。
這些模式之間的聯絡在於它們都涉及到物件的組合和操作，但關注點和應用場景有所不同。組合模式主要用於處理樹形結構，將葉子節點和容器節點一視同仁，簡化了操作。而其他模式則更加註重對單個物件或集合物件的功能擴充套件、遍歷和操作。
9 小結
組合模式是一種有助於構建部分-整體層次結構的設計模式，允許客戶端以一致的方式處理單個物件和組合物件。它的核心思想是將物件組織成樹形結構，其中葉物件表示單個元素，而組合物件表示包含其他物件的容器。透過使用組合模式，可以更容易地管理複雜的結構，並使程式碼更加靈活和可擴充套件。但在使用時需要注意效能和介面的一致性問題。