c#设计模式之：组合模式（Composite）

一：引言

     在软件开发过程中，我们经常会遇到处理简单对象和复合对象的情况，例如对操作系统中目录的处理，因为目录客园包括单独的文件，也可以包括文件夹，文件夹又是由文件组成的，由于简单对象和复合对象在功能上区别，导致在操作过程中必须区分简单对象和复合对象，这样就导致客户调用带来不必要的麻烦，然而作为客户，他们希望能始终一致的对待简单对象和复合对象，组合模式就是解决这样的问题，下面让我们看看组合模式是怎么样解决这个问题的

二、组合模式的详细介绍

2.1组合模式的定义

   将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。 

组合模式允许你将对象组合成树形结构来表现”部分-整体“的层次结构，使得客户以一致的方式处理单个对象以及对象的组合。下面我们用绘制的例子来详细介绍组合模式，图形可以由一些基本图形元素组成（如直线，圆等），也可以由一些复杂图形组成（由基本图形元素组合而成），为了使客户对基本图形和复杂图形的调用保持一致，我们使用组合模式来达到整个目的。

组合模式实现的最关键的地方是——简单对象和复合对象必须实现相同的接口。这就是组合模式能够将组合对象和简单对象进行一致处理的原因。

2.2组合模式的实现

// 通过一些简单图形以及一些复杂图形构建图形树来演示组合模式
    // 客户端调用
    class Client
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ComplexGraphics complexGraphics = new ComplexGraphics("一个复杂图形和两条线段组成的复杂图形");
            complexGraphics.Add(new Line("线段A"));
            ComplexGraphics CompositeCG = new ComplexGraphics("一个圆和一条线组成的复杂图形");
            CompositeCG.Add(new Circle("圆"));
            CompositeCG.Add(new Circle("线段B"));
            complexGraphics.Add(CompositeCG);
            Line l = new Line("线段C");
            complexGraphics.Add(l);

            // 显示复杂图形的画法
            Console.WriteLine("复杂图形的绘制如下：");
            Console.WriteLine("---------------------");
            complexGraphics.Draw();
            Console.WriteLine("复杂图形绘制完成");
            Console.WriteLine("---------------------");
            Console.WriteLine();

            // 移除一个组件再显示复杂图形的画法
            complexGraphics.Remove(l);
            Console.WriteLine("移除线段C后，复杂图形的绘制如下：");
            Console.WriteLine("---------------------");
            complexGraphics.Draw();
            Console.WriteLine("复杂图形绘制完成");
            Console.WriteLine("---------------------");
            Console.Read();
        }
    }

    /// <summary>
    /// 图形抽象类，
    /// </summary>
    public abstract class Graphics
    {
        public string Name { get; set; }
        public Graphics(string name)
        {
            this.Name = name;
        }

        public abstract void Draw();
        public abstract void Add(Graphics g);
        public abstract void Remove(Graphics g);
    }

    /// <summary>
    /// 简单图形类——线
    /// </summary>
    public class Line : Graphics
    {
        public Line(string name)
            : base(name)
        { }

        // 重写父类抽象方法
        public override void Draw()
        {
            Console.WriteLine("画  " + Name);
        }
        // 因为简单图形在添加或移除其他图形，所以简单图形Add或Remove方法没有任何意义
        // 如果客户端调用了简单图形的Add或Remove方法将会在运行时抛出异常
        // 我们可以在客户端捕获该类移除并处理
        public override void Add(Graphics g)
        {
            throw new Exception("不能向简单图形Line添加其他图形");
        }
        public override void Remove(Graphics g)
        {
            throw new Exception("不能向简单图形Line移除其他图形");
        }
    }

    /// <summary>
    /// 简单图形类——圆
    /// </summary>
    public class Circle : Graphics
    {
        public Circle(string name)
            : base(name)
        { }

        // 重写父类抽象方法
        public override void Draw()
        {
            Console.WriteLine("画  " + Name);
        }

        public override void Add(Graphics g)
        {
            throw new Exception("不能向简单图形Circle添加其他图形");
        }
        public override void Remove(Graphics g)
        {
            throw new Exception("不能向简单图形Circle移除其他图形");
        }
    }

    /// <summary>
    /// 复杂图形，由一些简单图形组成,这里假设该复杂图形由一个圆两条线组成的复杂图形
    /// </summary>
    public class ComplexGraphics : Graphics
    {
        private List<Graphics> complexGraphicsList = new List<Graphics>();

        public ComplexGraphics(string name)
            : base(name)
        { }

        /// <summary>
        /// 复杂图形的画法
        /// </summary>
        public override void Draw()
        {
            foreach (Graphics g in complexGraphicsList)
            {
                g.Draw();
            }
        }

        public override void Add(Graphics g)
        {
            complexGraphicsList.Add(g);
        }
        public override void Remove(Graphics g)
        {
            complexGraphicsList.Remove(g);
        }
    }

由于基本图形对象不存在Add和Remove方法，上面实现中直接通过抛出一个异常的方式来解决这样的问题的，但是我们想以一种更安全的方式来解决——因为基本图形根本不存在这样的方法，我们是不是可以移除这些方法呢？为了移除这些方法，我们就不得不修改Graphics接口，我们把管理子对象的方法声明放在复合图形对象里面，这样简单对象Line、Circle使用这些方法时在编译时就会出错，这样的一种实现方式我们称为安全式的组合模式，然而上面的实现方式称为透明式的组合模式，下面让我们看看安全式的组合模式又是怎样实现的，具体实现代码如下

/// 安全式的组合模式
    /// 此方式实现的组合模式把管理子对象的方法声明在树枝构件ComplexGraphics类中
    /// 这样如果叶子节点Line、Circle使用了Add或Remove方法时，就能在编译期间出现错误
    /// 但这种方式虽然解决了透明式组合模式的问题，但是它使得叶子节点和树枝构件具有不一样的接口。
    /// 所以这两种方式实现的组合模式各有优缺点，具体使用哪个，可以根据问题的实际情况而定
    class Client
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ComplexGraphics complexGraphics = new ComplexGraphics("一个复杂图形和两条线段组成的复杂图形");
            complexGraphics.Add(new Line("线段A"));
            ComplexGraphics CompositeCG = new ComplexGraphics("一个圆和一条线组成的复杂图形");
            CompositeCG.Add(new Circle("圆"));
            CompositeCG.Add(new Circle("线段B"));
            complexGraphics.Add(CompositeCG);
            Line l = new Line("线段C");
            complexGraphics.Add(l);

            // 显示复杂图形的画法
            Console.WriteLine("复杂图形的绘制如下：");
            Console.WriteLine("---------------------");
            complexGraphics.Draw();
            Console.WriteLine("复杂图形绘制完成");
            Console.WriteLine("---------------------");
            Console.WriteLine();

            // 移除一个组件再显示复杂图形的画法
            complexGraphics.Remove(l);
            Console.WriteLine("移除线段C后，复杂图形的绘制如下：");
            Console.WriteLine("---------------------");
            complexGraphics.Draw();
            Console.WriteLine("复杂图形绘制完成");
            Console.WriteLine("---------------------");
            Console.Read();
        }
    }

    /// <summary>
    /// 图形抽象类，
    /// </summary>
    public abstract class Graphics
    {
        public string Name { get; set; }
        public Graphics(string name)
        {
            this.Name = name;
        }

        public abstract void Draw();
        // 移除了Add和Remove方法
        // 把管理子对象的方法放到了ComplexGraphics类中进行管理
        // 因为这些方法只在复杂图形中才有意义
    }

    /// <summary>
    /// 简单图形类——线
    /// </summary>
    public class Line : Graphics
    {
        public Line(string name)
            : base(name)
        { }

        // 重写父类抽象方法
        public override void Draw()
        {
            Console.WriteLine("画  " + Name);
        }
    }

    /// <summary>
    /// 简单图形类——圆
    /// </summary>
    public class Circle : Graphics
    {
        public Circle(string name)
            : base(name)
        { }

        // 重写父类抽象方法
        public override void Draw()
        {
            Console.WriteLine("画  " + Name);
        }
    }

    /// <summary>
    /// 复杂图形，由一些简单图形组成,这里假设该复杂图形由一个圆两条线组成的复杂图形
    /// </summary>
    public class ComplexGraphics : Graphics
    {
        private List<Graphics> complexGraphicsList = new List<Graphics>();
        public ComplexGraphics(string name)
            : base(name)
        { }

        /// <summary>
        /// 复杂图形的画法
        /// </summary>
        public override void Draw()
        {
            foreach (Graphics g in complexGraphicsList)
            {
                g.Draw();
            }
        }

        public void Add(Graphics g)
        {
            complexGraphicsList.Add(g);
        }
        public void Remove(Graphics g)
        {
            complexGraphicsList.Remove(g);
        }
    }

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