设计模式-结构型模式-组合模式

03 Jun 2021

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意图

组合模式是一种结构型设计模式，你可以使用它将对象组合成树状结构，并且能像使用独立对象一样使用它们。

问题

如果应用的核心模型能用树状结构表示，在应用中使用组合模式才有价值。

例如，你有两类对象：产品和盒子。一个盒子中可以包含多个产品或者几个较小的盒子。这些小盒子中同样可以包含一些产品或更小的盒子，以此类推。

假设你希望在这些类的基础上开发一个订购系统。订单中可以包含无包装的简单产品，也可以包含装满产品的盒子……以及其他盒子。此时你会如何计算每张订单的总价格呢？

你可以尝试直接计算：打开所有盒子，找到每件产品，然后计算总价。这在真实世界中或许可行，但在程序中，你并不能简单地使用循环语句来完成该工作。你必须事先知道所有的产品和盒子的类别，所有盒子的嵌套层数以及其他繁杂的细节信息。因此，直接计算极不方便，甚至完全不可行。

解决方案

组合模式建议使用一个通用接口来与产品和盒子进行交互，并且在该接口中声明一个计算总价的方法。

那么方法该如何设计呢？对于一个产品，该方法直接返回其价格；对于一个盒子，该方法遍历盒子中的所有项目，询问每个项目的价格，然后返回该盒子的总价格。如果其中某个项目是小一号的盒子，那么当前盒子也会遍历其中的所有项目，以此类推，直接计算出所有内部组成部分的价格。你甚至可以在盒子的最终价格中增加额外费用，作为该盒子的包装费用。

该方式的最大优点在于你无需了解构成树结构的对象的具体类。你也无需了解对象时简单的产品还是复杂的盒子。你只需调用通用接口以相同的方法对其进行处理即可。当你调用该方法后，对象会将请求沿着树结构传递下去。

真实世界类比

大部分国家的军队采用层次结构管理。每支部队包括几个师，师由旅构成，旅由团构成，团可以继续划分为排。最后，每个排由一小队实实在在的士兵组成。军事命令由最高层下达，通过每个层级传递，直到每位士兵都知道自己应该服从的命令。

组合模式结构

组合模式适合应用场景

如果你需要实现树状对象结构，可以使用组合模式。

组合模式为你提供了两种共享公共接口的基本元素类型：简单叶节点和复杂容器。容器中可以包含叶节点和其他容器。这使得你可以构建树状嵌套对象结构。

如果你希望客户端代码以相同方式处理简单和复杂元素，可以使用该模式。

组合模式中定义的所有元素共用同一个接口。在这一接口的帮助下，客户端不必在意其所使用的对象的具体类。

实现方式

确保应用的核心模型能够以树状结构表示。尝试将其分解为简单元素和容器。记住，容器必须能够同时包含简单元素和其他容器
声明组件接口及其一系列方法，这些方法对简单和复杂元素都有意义
创建一个叶节点类表示简单元素。程序中可以有多个不同的叶节点类
创建一个容器类表示复杂元素。在该类中，创建一个数组成员变量来存储对于其子元素的引用。该数组必须能够同时保存叶节点和容器，因此请确保将其声明为组合接口类型

实现组件接口方法时，记住容器应该将大部分工作交给其子元素来完成
最后，在容器中定义添加和删除子元素的方法

记住，这些操作可在组件中声明。这将违反接口隔离原则，因为叶节点类中的这些方法为空。但是，这可以让客户端无差别地访问所有元素，即使是组合树状结构的元素

组合模式优缺点

优点：

你可以利用多态和递归机制更方便地使用复杂树结构
开闭原则。无需更改现有代码，你就可以在应用中添加新元素，使其成为对象树的一部分

缺点：

对于功能差异较大的类，提供公共接口或许会有困难。在特定情况下，你需要过度一般化组键接口，使其变得令人难以理解

与其他模式的关系

桥接、状态模式和策略模式（在某种程度上包括适配器模式）的接口非常相似。实际上，它们都基于组合模式——即将工作委派给其他对象，不过也各自解决了不同的问题。模式并不只是以特定方式组织代码的配方，你还可以使用它们来和其他开发者讨论模式所解决的问题。
你可以创建复杂组合树时使用生成器模式，因为这可使其构造步骤以递归的方式运行。
责任链模式通常和组合模式结合使用。在这种情况下，叶组件接收到请求后，可以将请求沿包含全体父组件的链一直传递至对象树的底部。
你可以使用迭代器模式来遍历组合树。
你可以使用访问者模式对整个组合树执行操作。
你可以使用*享元模式*实现组合树的共享叶节点以节省内存。
组合和装饰器模式的结构图很相似，因为两者都依赖递归组合来组织无限数量的对象。

装饰类似于组合，但其只有一个子组件。此外还有一个明显不同：装饰为被封装对象添加了额外的职责，组合仅对其子节点的结果进行了“求和”。
大量使用组合和装饰的设计通常可从对于原型模式的使用中获益。你可以通过该模式来复制复杂结构，而非从零开始重新构造。

以上摘自REFACTORING GURU

代码示例

商品基类：

public interface Component {
    /**
     * 获取价格
     */
    double getPrice();

    /**
     * 打印状态
     */
    void print();
}

具体商品：

public class Product implements Component{
    private String name;

    private double price;

    public Product(String name, double price) {
        this.name = name;
        this.price = price;
    }

    @Override
    public double getPrice() {
        return this.price;
    }

    @Override
    public void print() {
        System.out.println(this.name + "价格为：" + this.price);
    }
}

商品礼盒：

public class Box implements Component{
    private String name;

    private double boxPrice;

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

    public Box(String name, double boxPrice) {
        this.name = name;
        this.boxPrice = boxPrice;
    }

    public void add(Component component){
        children.add(component);
    }

    public void remove(Component component){
        children.remove(component);
    }

    @Override
    public double getPrice() {
        double price = this.boxPrice;
        for(Component component : this.children){
            price += component.getPrice();
        }
        return price;
    }

    @Override
    public void print() {
        System.out.println(this.name + "包装价格为：" + this.boxPrice);
        for(Component component : this.children){
            component.print();
        }
    }
}

客户端代码：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Box gift = new Box("礼物", 1.0);
        Product a = new Product("礼品a", 1.0);
        Product b = new Product("礼品b", 2.0);
        Box c = new Box("礼品c", 1.0);
        Product d = new Product("礼品d", 3.0);
        Product e = new Product("礼品e", 4.0);
        c.add(d);
        c.add(e);
        gift.add(a);
        gift.add(b);
        gift.add(c);
        gift.print();
        System.out.println("总价为：" + gift.getPrice());
    }
}

//礼物包装价格为：1.0
//礼品a价格为：1.0
//礼品b价格为：2.0
//礼品c包装价格为：1.0
//礼品d价格为：3.0
//礼品e价格为：4.0
//总价为：12.0