23种设计模式之组合模式（Composite Pattern）

news2024/11/25 13:01:17

前言：大家好，我是小威，24届毕业生，在一家满意的公司实习。本篇文章将23种设计模式中的组合模式，此篇文章为一天学习一个设计模式系列文章，后面会分享其他模式知识。
如果文章有什么需要改进的地方还请大佬不吝赐教👏👏。
小威在此先感谢各位大佬啦~~🤞🤞
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以下正文开始
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文章目录

组合模式概念
组合模式优缺点
组合模式适用场景
组合模式代码案例
组合模式小结

组合模式概念

组合模式（Composite Pattern）是一种结构型设计模式，它将对象组合成树形结构以表示**“部分-整体”**的层次结构。组合模式允许客户端使用一致的方式处理单个对象和对象组合，使得系统中的对象可以任意组合，从而简化了代码的处理流程。

组合模式的核心在于抽象出“容器”类和“叶子”类之间的公共接口，并且用容器类来组合多个“叶子”或“容器”，从而构建出具有层级关系的对象结构。同时，“容器”类还需要实现管理其中子对象的方法，如增加、移除、遍历等。

组合模式包含以下几个角色：

Component（抽象构件）：定义组合模式中所有对象的通用接口，可以实现一些默认行为。
Leaf（叶子结点）：表示组合中的具体对象，也是层级结构的最细粒度，没有子类。
Composite（容器结点）：表示包含子节点的复杂对象，通常会持有一个或多个Component对象的集合。

组合模式优缺点

下面是组合模式的主要优点：

“整体/部分”关系清晰：可以用树形结构表示部分和整体之间的关系，便于理解。
节点自由增加：由于使用了组合模式，我们可以很方便地增加节点或者更改节点属性而不必修改现有代码。
简化客户端代码：客户端可以忽略对象组合与单个对象之间的差异，从而简化了客户端代码。

当然，组合模式也有局限性：

可能会导致系统过度一般化，因此在使用时要慎重考虑。
可能导致设计变得更加复杂，限制了具体节点行为的实现。

组合模式适用场景

当需要表示对象的部分-整体层次结构时，可以使用组合模式。
当希望客户端能够忽略组合对象与单个对象之间的差异时，可以使用组合模式。
当需要对组合对象进行操作，无需关心是单个对象还是组合对象时，可以使用组合模式。

组合模式代码案例

以下是一个Java代码示例：

// Component.java - 抽象构件
public interface Component {
    void add(Component c);
    void remove(Component c);
    Component getChild(int index);
    void operation();
}

// Leaf.java - 叶子结点
public class Leaf implements Component {
    private String name;

    public Leaf(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void add(Component c) {
        System.out.println("Cannot add to a leaf");
    }

    @Override
    public void remove(Component c) {
        System.out.println("Cannot remove from a leaf");
    }

    @Override
    public Component getChild(int index) {
        System.out.println("Cannot get child from a leaf");
        return null;
    }

    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("Leaf " + name + " is being operated");
    }
}

// Composite.java - 容器结点
public class Composite implements Component {
    private List<Component> children = new ArrayList<>();

    @Override
    public void add(Component c) {
        children.add(c);
    }

    @Override
    public void remove(Component c) {
        children.remove(c);
    }

    @Override
    public Component getChild(int index) {
        return children.get(index);
    }

    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("Composite is being operated");
        for (Component c : children) {
            c.operation();
        }
    }
}

在上面这个示例中，Component是抽象构件接口，定义了所有组合对象的通用方法。Leaf是叶子节点类，不持有其他子节点，只有自身特定行为的操作。Composite是容器节点类，持有多个叶子和容器节点，实现add、remove、getChild和operation等一系列操作。当客户端需要调用一个特定节点的操作时，只需要找到该节点并执行它的operation方法即可。

通过使用组合模式，我们可以方便地处理复杂的对象结构。例如，假设我们需要对一个多层嵌套的文件夹进行操作时，就可以使用组合模式将每个文件夹看作是容器节点，文件看作是叶子节点，并针对不同级别的文件夹进行相应的操作。这样一来，无论文件夹层级多少，我们都可以通过统一的方法来处理它们。