二十三种设计模式第十二篇–组合模式

组合模式是一种结构型设计模式，它允许将对象组合成树形结构来表示整体-部分的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

在组合模式中，有两种类型的对象：叶子对象和组合对象。叶子对象表示树结构中的叶子节点，它没有子节点。组合对象表示树结构中的非叶子节点，它可以包含其他的组合对象和叶子对象。

组合模式的核心思想是将单个对象和组合对象统一对待，使得用户可以一致地使用它们。用户可以通过统一的接口来操作单个对象和组合对象，而不需要关心它们的具体类型。

组合模式的应用场景包括：

当需要表示一个对象的整体-部分层次结构时，可以使用组合模式。例如，文件系统中的文件和文件夹可以使用组合模式来表示。

当希望用户可以一致地对待单个对象和组合对象时，可以使用组合模式。例如，图形界面中的控件可以使用组合模式来表示。

当希望将一组相似的对象作为一个整体来处理时，可以使用组合模式。例如，菜单中的菜单项可以使用组合模式来表示。

总结起来，组合模式通过将对象组合成树形结构来表示整体-部分的层次结构，使得用户可以一致地对待单个对象和组合对象。它适用于需要表示整体-部分层次结构的场景，以及需要将一组相似的对象作为一个整体来处理的场景。

本篇文章中例举一个简单的组合模，根据上述UML图，我们来设计代码。

public class Employee {
   private String name;
   private String dept;
   private int salary;
   //下属列表
   private List<Employee> subordinates;
 
   //构造函数
   public Employee(String name,String dept, int sal) {
      this.name = name;
      this.dept = dept;
      this.salary = sal;
      subordinates = new ArrayList<Employee>();
   }
 
   public void add(Employee e) {
      subordinates.add(e);
   }
 
   public void remove(Employee e) {
      subordinates.remove(e);
   }
 
   public List<Employee> getSubordinates(){
     return subordinates;
   }
 
   public String toString(){
      return ("Employee :[ Name : "+ name 
      +", dept : "+ dept + ", salary :"
      + salary+" ]");
   }   
}

public class CompositePatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      Employee CEO = new Employee("John","CEO", 30000);
 
      Employee headSales = new Employee("Robert","Head Sales", 20000);
      Employee headMarketing = new Employee("Michel","Head Marketing", 20000);
 
      Employee clerk1 = new Employee("Laura","Marketing", 10000);
      Employee clerk2 = new Employee("Bob","Marketing", 10000);
 
      Employee salesExecutive1 = new Employee("Richard","Sales", 10000);
      Employee salesExecutive2 = new Employee("Rob","Sales", 10000);

      //CEO的下一级
      CEO.add(headSales);
      CEO.add(headMarketing);
      // 销售主管的下一级
      headSales.add(salesExecutive1);
      headSales.add(salesExecutive2);
      //市场主管的下一级
      headMarketing.add(clerk1);
      headMarketing.add(clerk2);
 
      //打印该组织的所有员工
      System.out.println(CEO); 
      for (Employee headEmployee : CEO.getSubordinates()) {
         System.out.println("\t"+headEmployee);
         for (Employee employee : headEmployee.getSubordinates()) {
            System.out.println("\t\t"+employee);
         }
      }        
   }
}

运行效果：

实际上组合模式是对一种整体和部分的关系，组合模式可以使得用户对单个对象和组合对象之间具有一致性。

拓展：

在现实生活中，存在很多“部分-整体”的关系，例如，大学中的部门与学院、总公司中的部门与分公司、学习用品中的书与书包、生活用品中的衣服与衣柜、以及厨房中的锅碗瓢盆等。在软件开发中也是这样，例如，文件系统中的文件与文件夹、窗体程序中的简单控件与容器控件等。对这些简单对象与复合对象的处理，如果用组合模式来实现会很方便。

1. 组合模式的定义与特点
   组合（Composite Pattern）模式的定义：有时又叫作整体-部分（Part-Whole）模式，它是一种将对象组合成树状的层次结构的模式，用来表示“整体-部分”的关系，使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性，属于结构型设计模式。

组合模式一般用来描述整体与部分的关系，它将对象组织到树形结构中，顶层的节点被称为根节点，根节点下面可以包含树枝节点和叶子节点，树枝节点下面又可以包含树枝节点和叶子节点，树形结构图如下。

由上图可以看出，==其实根节点和树枝节点本质上属于同一种数据类型，可以作为容器使用；而叶子节点与树枝节点在语义上不属于用一种类型。==但是在组合模式中，会把树枝节点和叶子节点看作属于同一种数据类型（用统一接口定义），让它们具备一致行为。

这样，在组合模式中，整个树形结构中的对象都属于同一种类型，带来的好处就是用户不需要辨别是树枝节点还是叶子节点，可以直接进行操作，给用户的使用带来极大的便利。

1. 模式的结构
   组合模式包含以下主要角色。

• 抽象构件（Component）角色：它的主要作用是为树叶构件和树枝构件声明公共接口，并实现它们的默认行为。在透明式的组合模式中抽象构件还声明访问和管理子类的接口；在安全式的组合模式中不声明访问和管理子类的接口，管理工作由树枝构件完成。（总的抽象类或接口，定义一些通用的方法，比如新增、删除）
• 树叶构件（Leaf）角色：是组合中的叶节点对象，它没有子节点，用于继承或实现抽象构件。
• 树枝构件（Composite）角色 / 中间构件：是组合中的分支节点对象，它有子节点，用于继承和实现抽象构件。它的主要作用是存储和管理子部件，通常包含 Add()、Remove()、GetChild() 等方法。

组合模式分为透明式的组合模式和安全式的组合模式。

(1) 透明方式

在该方式中，由于抽象构件声明了所有子类中的全部方法，所以客户端无须区别树叶对象和树枝对象，对客户端来说是透明的。但其缺点是：树叶构件本来没有 Add()、Remove() 及 GetChild() 方法，却要实现它们（空实现或抛异常），这样会带来一些安全性问题。其结构图如图 1 所示。
图1 透明式的组合模式的结构图

(2) 安全方式
在该方式中，将管理子构件的方法移到树枝构件中，抽象构件和树叶构件没有对子对象的管理方法，这样就避免了上一种方式的安全性问题，但由于叶子和分支有不同的接口，客户端在调用时要知道树叶对象和树枝对象的存在，所以失去了透明性。其结构图如图 2 所示。

图2 安全式的组合模式的结构图

题外话：

学习是一个不断进步的过程，作为程序员就需要有不断进取的决心，你不能一直守着老本行，这样对你来说是不思进取，可能随着年龄增长，你的学习能力会下降，但是你还是可以学进去一点新东西的，可能会有人反驳我，我表示理解。这个新时代突出的就是一个卷字，但是我们却没办法，如果你不去卷，你就会被时代淘汰，没办法，要学会主动去释怀。如果自己真的跟不上时代了，那个时候就该想想后路了，主动退出也是一种明智的选择，高不成低不就的人生，其实我们每个人都在经历，有的时候想不开了，不放尝试一下放弃，坚持就是胜利有时候不一定是对，望理性对待…。