设计模式之组合模式（Composite 模式）

小咪咪 2023-08-17 15:55 134阅读 0赞

引入composite模式  
在计算机文件系统中，有文件夹的概念，文件夹里面既可以放入文件也可以放入文件夹，但是文件中却不能放入任何东西。文件夹和文件构成了一种递归结构和容器结构。  
虽然文件夹和文件是不同的对象，但是他们都可以被放入到文件夹里，所以一定意义上，文件夹和文件又可以看作是同一种类型的对象，所以我们可以把文件夹和文件统称为目录条目，（directory entry）.在这个视角下，文件和文件夹是同一种对象。  
所以，我们可以将文件夹和文件都看作是目录的条目，将容器和内容作为同一种东西看待，可以方便我们递归的处理问题，在容器中既可以放入容器，又可以放入内容，然后在小容器中，又可以继续放入容器和内容，这样就构成了容器结构和递归结构。  
这就引出了我们本文所要讨论的composite模式，也就是组合模式，组合模式就是用于创造出这样的容器结构的。是容器和内容具有一致性，可以进行递归操作。

composite模式的具体实例  
我们实现一个实例程序，可以列出文件和文件夹的信息。  
自然，根据前文的讨论，我们需要建立三个类，一个文件类，一个文件夹类，同时还要抽象出两种类的共性，新建一个entry类，也就是目录条目类，这个类是实现文件类和文件夹类的一致性的。

我们先简单看一下类图：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpa3VucGVuZzY2NTYyMDE_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
首先我们实现Entry类，这个类表示目录条目的抽象类

package Composite;
    
    public abstract class Entry { 
        public abstract String getName();
        public abstract int getSize();
        
        public Entry add(Entry entry) throws FileTreatMentException { 
            throw new FileTreatMentException();
        }
        
        public void printList() { 
            printList("");
        }
        
        protected abstract void printList(String prefix);
        
        public String toString() { 
            return getName() + "(" + getSize() + ")";
        }
    }

File类是文件类

package Composite;
    
    public class File extends Entry { 
        
        private String name;
        
        private int size;
        
        public File(String name, int size) { 
            this.name = name;
            this.size = size;
        }
    
        @Override
        public String getName() { 
            return name;
        }
    
        @Override
        public int getSize() { 
            return size;
        }
    
        @Override
        protected void printList(String prefix) { 
            System.out.println(prefix + '/' + this);
        }
        
    }

Directory是目录类，它持有一个目录的集合

package Composite;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Iterator;
    
    public class Directory extends Entry { 
        
        private String name;
        
        private ArrayList directory = new ArrayList();
        
        public Directory(String name) { 
            this.name = name;
        }
    
        @Override
        public String getName() { 
            return name;
        }
    
        @Override
        public int getSize() { 
            int size = 0;
            Iterator it = directory.iterator();
            while(it.hasNext()) { 
                Entry entry = (Entry)it.next();
                size += entry.getSize();
            }
            return size;
        }
        
        public Entry add(Entry entry) { 
            directory.add(entry);
            return this;
        }
        
        @Override
        protected void printList(String prefix) { 
            System.out.println(prefix + "/" + this);
            Iterator it = directory.iterator();
            while(it.hasNext()) { 
                Entry entry = (Entry)it.next();
                entry.printList(prefix + "/" + name);
            }
        }
        
    }

我们新建一个测试类

package Composite;
    
    public class Main { 
    
        public static void main(String[] args) { 
            try { 
                System.out.println("Making root entries...");
                Directory rootdir = new Directory("root");
                Directory bindir = new Directory("bin");
                Directory tmpdir = new Directory("tmp");
                Directory usrdir = new Directory("usr");
                rootdir.add(bindir);
                rootdir.add(tmpdir);
                rootdir.add(usrdir);
                bindir.add(new File("vi", 10000));
                bindir.add(new File("latex", 20000));
                rootdir.printList();
    
                System.out.println("");
                System.out.println("Making user entries...");
                Directory yuki = new Directory("yuki");
                Directory hanako = new Directory("hanako");
                Directory tomura = new Directory("tomura");
                usrdir.add(yuki);
                usrdir.add(hanako);
                usrdir.add(tomura);
                yuki.add(new File("diary.html", 100));
                yuki.add(new File("Composite.java", 200));
                hanako.add(new File("memo.tex", 300));
                tomura.add(new File("game.doc", 400));
                tomura.add(new File("junk.mail", 500));
                rootdir.printList();
            } catch (FileTreatMentException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
    
        }
    
    }

输出结果：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpa3VucGVuZzY2NTYyMDE_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
composite模式  
composite模式主要有一下几类角色

leaf 树叶  
表示内容的角色，该角色中不能放入其他对象，对应我们实例程序中的file

Composite 复合物  
表示容器的角色，可以放入小容器和内容，也就是leaf和composite，此实例中，由directory类代表composite

component  
是leaf和composite角色具有一致性的角色，一般作为leaf和composite的父类，定义一些共有的行为和属性，此例中的entry类代表

类图如下：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpa3VucGVuZzY2NTYyMDE_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
典型的composite结构：  
![在这里插入图片描述][20190927150730248.png]  
一个小问题，add方法应该放在哪里？  
因为add方法只是容器可以使用的，内容无法使用add，所以add方法的位置可以有所选择，我们实例中是将add放在entry中，同时抛出异常，当文件类调用的时候就抛出异常

定义在entry类中，报错  
就是我们实例中的做法，让其报错

定义在entr类，但什么都不做  
交给要做的子类去做

声明在entry中，但不实现  
子类需要实现，优点是所有子类都要实现add，但是file本不需要add，却也要实现

只定义在directory中  
就是在使用的时候需要进行类型转换。

小结  
在实例程序中，我们以文件夹的结构实现了composite模式，实际上现实世界中，到处都存在composite模式，例如，视窗系统中，窗口可以含有子窗口也可以含有button类似的控件。通常来说，树结构的数据结构都适合composite模式

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpa3VucGVuZzY2NTYyMDE_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230810/e2dfd94cb26d417f8324286fc870bf3b.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpa3VucGVuZzY2NTYyMDE_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20230810/4053d2a55d154937956f63e9b5c0a201.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpa3VucGVuZzY2NTYyMDE_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20230810/6eb49c31e906466998acd40398219fa3.png
[20190927150730248.png]: /images/20230810/e4c0165e43204f868968427401c89eba.png