C# 设计模式之组合模式

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前言

日常使用电脑过程中，经常接触到文件夹和文件，我们知道在文件系统中，文件夹可以包含文件夹，且可以嵌套多层，最里面包含的是文件。文件作为最底层对象，里面是不可以再包含文件夹和文件的。类似于文件目录这样的结构，可以称之为树形结构。而树形结构中的对象可以分为两类，一类是：容器对象（复合对象），可以包含其他的子对象；另一类是：叶子对象（简单对象），这类对象是不能在包含其他对象的对象。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，这样就会导致客户调用带来不必要的麻烦，作为客户，它们希望能够始终一致地对待简单对象和复合对象。对于这样的问题，让我们看看组合模式是怎样解决这个问题的呢？

1 基础介绍

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和组合对象
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。
组合模式中的角色：
- 抽象构件角色（Component）：它可以是接口或抽象类，为节点组件和容器组件对象声明接口，在该类中包含共有行为的声明。在抽象组件类中，定义了访问和管理它的子组件的方法（在透明式组合模式中是这样）。在安全式的组合模式中，构件角色并不定义出管理子对象的方法，这一定义由树枝结构对象给出。
- 树叶构件角色（Leaf）：节点对象为最小组件（可以理解为树叶），并继承自抽象构件类，实现其共有声明和方法。
- 树枝构件角色或称容器构件类（Composite）：容器对象可以包含无数节点对象和无数容器组件（可以理解为树枝，可以有无数树叶或者分支），容器对象需要实现管理子对象的方法，如Add、Remove等。

2 使用场景

当发现需求中是体现部分与整体层次的结构时，以及你希望用户可以忽略组合对象与单个对象的不同，统一地使用组合结构中的所有对象时，就应该考虑使用组合模式了。

3 实现方式

组合模式有两种实现方式：

透明式的组合模式
安全式的组合模式。

何为“透明式”，何为“安全式”？

透明式是指“抽象构件角色”定义的接口行为集合包含两个部分，一部分是叶子对象本身所包含的行为（比如Operation），另外一部分是容器对象本身所包含的管理子对象的行为(Add,Remove)。这个抽象构件必须同时包含这两类对象所有的行为，客户端代码才会透明的使用，无论调用容器对象还是叶子对象，接口方法都是一样的，这就是透明，针对客户端代码的透明，但是也有他自己的问题，叶子对象不会包含自己的子对象，为什么要有Add,Remove等类似方法呢，调用叶子对象这样的方法可能（注意：我这里说的是可能，因为有些人会把这些方法实现为空，不做任何动作，当然也不会有异常抛出了，不要抬杠）会抛出异常，这样就不安全了，然后人们就提出了“安全式的组合模式”。所谓安全式是指“抽象构件角色”只定义叶子对象的方法，确切的说这个抽象构件只定义两类对象共有的行为，然后容器对象的方法定义在“树枝构件角色”上，这样叶子对象有叶子对象的方法，容器对象有容器对象的方法，这样责任很明确，当然调用肯定不会抛出异常了。

1. 透明式的组合模式

现在我们分析，在文件系统中存在的文件夹和文件两个对象，常用的操作无非就是
1 添加文件夹或文件
2 移除文件夹或文件
3 打开文件夹或文件
那么我们对外提供的就是这三个接口，这就是容器对象（复合对象）和叶子对象（简单对象）统一的操作接口。

定义抽象类，规范对外提供的接口，这里就是定义文件系统的抽象类

    //文件系统的抽象类//负责定义容器对象和简单对象统一对象提供的接口public abstract class AbstractFolder {// 添加文件夹或文件public abstract void Add(AbstractFolder folder);//删除文件夹或文件public abstract void Remove(AbstractFolder folder);//打开文件夹或文件public abstract void Open();}

定义叶子对象，实现抽象类的接口，这是就是文件

    public class File : AbstractFolder{//由于文件是叶子对象，是无法再向文件内添加/移除 文件夹或文件的，因此此处通过抛异常处理public override void Add(AbstractFolder folder){throw new Exception("无法向文件中添加文件夹或文件");}public override void Remove(AbstractFolder folder){throw new Exception("无法向文件中移除文件夹或文件");}public override void Open(){Console.WriteLine("打开文件！");}}

定义容器对象，同样实现文件抽象类的接口，这里就是文件夹

    public class Folder : AbstractFolder{public override void Add(AbstractFolder folder){Console.WriteLine("添加文件夹或者文件");}public override void Open(){Console.WriteLine("打开文件价！");}public override void Remove(AbstractFolder folder){Console.WriteLine("移除文件夹或者文件");}}

客户端调用：

        static void Main(string[] args){AbstractFolder file = new File();file.Open();//file.Add(new Folder());//会抛异常//file.Remove(new Folder());//会抛异常AbstractFolder folder = new Folder();folder.Open();folder.Remove(new Folder());folder.Add(new Folder());}

我们发现：文件其实是不需要 Add与Remove 方法的，但是为了保持文件和文件夹一致，对外提供一致的接口，因此文件就一同继承Add与Remove方法，并在方法中做出抛异常的处理。优点是让我们清晰透明的知道其中的实现过程，缺点就是对于客户端的调用并不安全，正因如此就有了安全式的组合模式。

2. 安全式的组合模式

1 定义文件抽象类

	//文件抽象类中不再定义Add和Remove方法//而是只定义，文件夹和文件都有的接口Openpublic abstract class AbstractFolder {//打开文件夹或文件public abstract void Open();}// 文件类，也只需实现一个Open方法即可public class File : AbstractFolder{public override void Open(){Console.WriteLine("打开文件！");}}//将文件夹特有的操作，定义在文件夹实现类中public class Folder : AbstractFolder{public void Add(AbstractFolder folder){Console.WriteLine("添加文件夹或者文件");}public override void Open(){Console.WriteLine("打开文件价！");}public void Remove(AbstractFolder folder){Console.WriteLine("移除文件夹或者文件");}}

客户端调用：

        static void Main(string[] args){AbstractFolder file = new File();file.Open();Folder folder = new Folder();folder.Open();folder.Remove(new Folder());folder.Add(new Folder());}