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设计模式读书笔记—–组合模式

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      我们对于这个图片肯定会非常熟悉,这两幅图片我们都可以看做是一个文件结构,对于这样的结构我们称之为树形结构。在数据结构中我们了解到可以通过调用某个方法来遍历整个树,当我们找到某个叶子节点后,就可以对叶子节点进行相关的操作。我们可以将这颗树理解成一个大的容器,容器里面包含很多的成员对象,这些成员对象即可是容器对象也可以是叶子对象。但是由于容器对象和叶子对象在功能上面的区别,使得我们在使用的过程中必须要区分容器对象和叶子对象,但是这样就会给客户带来不必要的麻烦,作为客户而已,它始终希望能够一致的对待容器对象和叶子对象。这就是组合模式的设计动机:组合模式定义了如何将容器对象和叶子对象进行递归组合,使得客户在使用的过程中无须进行区分,可以对他们进行一致的处理。

一、 模式定义

      组合模式组合多个对象形成树形结构以表示“整体-部分”的结构层次。

      组合模式对单个对象(叶子对象)和组合对象(组合对象)具有一致性,它将对象组织到树结构中,可以用来描述整体与部分的关系。同时它也模糊了简单元素(叶子对象)和复杂元素(容器对象)的概念,使得客户能够像处理简单元素一样来处理复杂元素,从而使客户程序能够与复杂元素的内部结构解耦。

      上面的图展示了计算机的文件系统,文件系统由文件和目录组成,目录下面也可以包含文件或者目录,计算机的文件系统是用递归结构来进行组织的,对于这样的数据结构是非常适用使用组合模式的。

      在使用组合模式中需要注意一点也是组合模式最关键的地方:叶子对象和组合对象实现相同的接口。这就是组合模式能够将叶子节点和对象节点进行一致处理的原因。

二、 模式结构

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      组合模式主要包含如下几个角色:

      1.Component :组合中的对象声明接口,在适当的情况下,实现所有类共有接口的默认行为。声明一个接口用于访问和管理Component子部件。
2.Leaf:叶子对象。叶子结点没有子结点。
3.Composite:容器对象,定义有枝节点行为,用来存储子部件,在Component接口中实现与子部件有关操作,如增加(add)和删除(remove)等。

      从模式结构中我们看出了叶子节点和容器对象都实现Component接口,这也是能够将叶子对象和容器对象一致对待的关键所在。

三、 模式实现

      在文件系统中,可能存在很多种格式的文件,如果图片,文本文件、视频文件等等,这些不同的格式文件的浏览方式都不同,同时对文件夹的浏览就是对文件夹中文件的浏览,但是对于客户而言都是浏览文件,两者之间不存在什么差别,现在只用组合模式来模拟浏览文件。UML结构图:

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      首先是文件类:File.java

public abstract class File {
    String name;
    
    public File(String name){
        this.name = name;
    }
    
    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public abstract void display();
}

      然后是文件夹类:Folder.java,该类包含对文件的增加、删除和浏览三个方法

public class Folder extends File{
    private List<File> files;
    
    public Folder(String name){
        super(name);
        files = new ArrayList<File>();
    }
    
    /**
     * 浏览文件夹中的文件
     */
    public void display() {
        for(File file : files){
            file.display();
        }
    }
    
    /**
     * @desc 向文件夹中添加文件
     * @param file
     * @return void
     */
    public void add(File file){
        files.add(file);
    }
    
    /**
     * @desc 从文件夹中删除文件
     * @param file
     * @return void
     */
    public void remove(File file){
        files.remove(file);
    }
}

      然后是三个文件类:TextFile.java、ImageFile.java、VideoFile.java

      TextFile.java

public class TextFile extends File{

    public TextFile(String name) {
        super(name);
    }

    public void display() {
        System.out.println("这是文本文件,文件名:" + super.getName());
    }
    
}

      ImageFile.java

public class ImagerFile extends File{

    public ImagerFile(String name) {
        super(name);
    }

    public void display() {
        System.out.println("这是图像文件,文件名:" + super.getName());
    }

}

      VideoFile.java

public class VideoFile extends File{

    public VideoFile(String name) {
        super(name);
    }

    public void display() {
        System.out.println("这是影像文件,文件名:" + super.getName());
    }

}

      最后是客户端

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 我们先建立一个这样的文件系统
         *                  总文件
         *                  
         *   a.txt    b.jpg                   c文件夹              
         *                      c_1.text  c_1.rmvb    c_1.jpg   
         *                                                       
         */ 
        //总文件夹
        Folder zwjj = new Folder("总文件夹");
        //向总文件夹中放入三个文件:1.txt、2.jpg、1文件夹
        TextFile aText= new TextFile("a.txt");
        ImagerFile bImager = new ImagerFile("b.jpg");
        Folder cFolder = new Folder("C文件夹");
        
        zwjj.add(aText);
        zwjj.add(bImager);
        zwjj.add(cFolder);
        
        //向C文件夹中添加文件:c_1.txt、c_1.rmvb、c_1.jpg 
        TextFile cText = new TextFile("c_1.txt");
        ImagerFile cImage = new ImagerFile("c_1.jpg");
        VideoFile cVideo = new VideoFile("c_1.rmvb");
        
        cFolder.add(cText);
        cFolder.add(cImage);
        cFolder.add(cVideo);
        
        //遍历C文件夹
        cFolder.display();
        //将c_1.txt删除
        cFolder.remove(cText);
        System.out.println("-----------------------");
        cFolder.display();
    }
}

      运行结果

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四、 模式优缺点

优点

      1、可以清楚地定义分层次的复杂对象,表示对象的全部或部分层次,使得增加新构件也更容易。

      2、客户端调用简单,客户端可以一致的使用组合结构或其中单个对象。

      3、定义了包含叶子对象和容器对象的类层次结构,叶子对象可以被组合成更复杂的容器对象,而这个容器对象又可以被组合,这样不断递归下去,可以形成复杂的树形结构。

      4、更容易在组合体内加入对象构件,客户端不必因为加入了新的对象构件而更改原有代码。

缺点

      1、使设计变得更加抽象,对象的业务规则如果很复杂,则实现组合模式具有很大挑战性,而且不是所有的方法都与叶子对象子类都有关联

五、 模式适用场景

      1、需要表示一个对象整体或部分层次,在具有整体和部分的层次结构中,希望通过一种方式忽略整体与部分的差异,可以一致地对待它们。

      2、让客户能够忽略不同对象层次的变化,客户端可以针对抽象构件编程,无须关心对象层次结构的细节。

六、 模式总结

      1、 组合模式用于将多个对象组合成树形结构以表示“整体-部分”的结构层次。组合模式对单个对象(叶子对象)和组合对象(容器对象)的使用具有一致性。

      2、 组合对象的关键在于它定义了一个抽象构建类,它既可表示叶子对象,也可表示容器对象,客户仅仅需要针对这个抽象构建进行编程,无须知道他是叶子对象还是容器对象,都是一致对待。

      3、 组合模式虽然能够非常好地处理层次结构,也使得客户端程序变得简单,但是它也使得设计变得更加抽象,而且也很难对容器中的构件类型进行限制,这会导致在增加新的构件时会产生一些问题。

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