C#设计模式(10)——组合模式
2024-10-19 07:27:51
一、概念
组合模式有时候又叫做部分-整体模式,它使我们树型结构的问题中,模糊了简单元素和复杂元素的概念,客户程序可以向处理简单元素一样来处理复杂元素,从而使得客户程序与复杂元素的内部结构解耦。
二、组合模式类图
1、透明式的组合模式类图:
2、安全式组合模式的类图:
三、代码实现
1、透明式的组合模式
// 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);
}
}
2、安全式组合模式
/// 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);
}
}
四、组合模式中三个角色
- 抽象构件(Component)角色:这是一个抽象角色,上面实现中Graphics充当这个角色,它给参加组合的对象定义出了公共的接口及默认行为,可以用来管理所有的子对象(在透明式的组合模式是这样的)。在安全式的组合模式里,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(Leaf)角色:树叶对象时没有下级子对象的对象,上面实现中Line和Circle充当这个角色,定义出参加组合的原始对象的行为
- 树枝构件(Composite)角色:代表参加组合的有下级子对象的对象,上面实现中ComplexGraphics充当这个角色,树枝对象给出所有管理子对象的方法实现,如Add、Remove等。
五、组合模式优缺点
优点:
- 组合模式使得客户端代码可以一致地处理对象和对象容器,无需关系处理的单个对象,还是组合的对象容器。
- 将”客户代码与复杂的对象容器结构“解耦。
- 可以更容易地往组合对象中加入新的构件。
缺点:使得设计更加复杂。客户端需要花更多时间理清类之间的层次关系。(这个是几乎所有设计模式所面临的问题)。
注意的问题:
- 有时候系统需要遍历一个树枝结构的子构件很多次,这时候可以考虑把遍历子构件的结构存储在父构件里面作为缓存。
- 客户端尽量不要直接调用树叶类中的方法(在我上面实现就是这样的,创建的是一个树枝的具体对象,应该使用Graphics complexGraphics = new ComplexGraphics("一个复杂图形和两条线段组成的复杂图形");),而是借用其父类(Graphics)的多态性完成调用,这样可以增加代码的复用性。
六、组合模式的使用场景
- 需要表示一个对象整体或部分的层次结构。
- 希望用户忽略组合对象与单个对象的不同,用户将统一地使用组合结构中的所有对象。
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