4.3-Composite-组合-结构型模式

发表于： 2024-03-28 更新于： 2025-03-12 分类于：设计模式

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目的

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。

示例

例如 GUI 框架允许用户可以组合多个简单组件以递归形成一些较大的组件。这有 2 种实现方式：

使用图元类和容器类：使用这些类的代码必须区别对待图元对象与容器对象，而实际上大多数情况下用户认为它们是一样的。
使用 Composite 模式递归构建

Composite 模式的关键是一个抽象类，它既可以代表图元，又可以代表图元的容器。其内部提供图元和图元容器所需的所有接口

它的图元子类（树的叶结点，Line，Text 等）无需实现容器相关的操作
聚合类 Picture 定义了一个 Graphic 的集合，它的 Draw 递归调用子部件的 Draw 操作。由于 Picture 接口与 Graphic 接口是一致的，因此 Picture 对象可以递归地组合其他 Picture 对象。

适用性

你想表示对象的部分–整体层次结构。
你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。

结构

组合结构如下：继承结构如下：

参与者

Component：
- 提供 Leaf 所需的操作，提供用于访问管理 Component 子组件所需的操作
- 通常需要，实现所有类共有接口的默认行为
- 如果需要，在 Component 类中提供访问父组件的接口，Leaf 和 Composite 按需实现这个接口。
  - 父部件引用可以简化结构的上移和组件的删除
Composite（Picture）
- 定义有子部件的那些部件的行为。
- 存储子部件。
- 在 Component 接口中实现与子部件有关的操作。
Leaf：定义图元对象的行为
Client：通过 Component 接口操纵组合部件的对象

用户使用 Component 类接口与组合结构中的对象进行交互。

如果接收者是一个叶结点，则直接处理请求。
如果接收者是 Composite，它通常将请求发送给它的子部件，在转发请求之前和/或之后可能执行一些辅助操作。

优缺点

优点：

简化客户代码：客户可以一致地使用组合结构和单个对象。通常用户不知道（也不关心）处理的是一个叶结点还是一个组合组件。
使得更容易增加新类型的组件：新定义的 Composite 或 Leaf 子类自动地与已有的结构和客户代码一起工作

缺点：

使你的设计变得更加一般化：容易增加新组件会导致很难限制组合中的组件。
- 有时你希望一个组合只能有某些特定的组件。使用 Composite 时，你不能依赖类型系统施加这些约束，而必须在运行时进行检查

实现

父组件引用

父组件引用需要确保一个不变式：假设组件 B 在组件 A 的子组件集合中，则 B 的父组件引用必须指向 A

实现方法：仅当在一个组合中增加或删除一个组件时，才改变这个组件的父部件

在 Composite 类的 Add 和 Remove 操作中实现这种方法，那么所有的子类都可以继承这一方法，并且将自动维护这一不变式。

共享组件

好处：减少存储占用等
实现方法：一个组件指向多个父组件
- 缺点：当一个请求在结构中向上传递时，这种方法会导致多义性。如果子部件可以将一些状态（或是所有的状态）存储在外部，从而不需要向父部件发送请求，那么这种方法是可行的。

最大化 Component 接口

Composite 模式的目标是让用户无感知地对等使用 Composite 和 Leaf

需求：因此抽象父类 Component 应当提供尽可能多的公共操作并提供缺省实现
矛盾：类层次结构的设计原则要求：父类操作集⊆子类操作集，而 Composite 的子组件管理对于 Leaf 没有意义，不应当在 Component 中提供缺省实现
解决方法：
- 在 Component 中提供访问子组件的缺省操作，这个缺省的操作不返回任何一个子结点。
- 将 Leaf 视为包含 0 个子组件的 Composite，使用缺省操作
- Composite 重载访问子组件的操作

子组件管理

问题：子组件管理的 Add 和 Remove 操作需要在 Component 还是 Composite 中声明？

在 Component 中声明：
- 优点：透明性好，可以一致地使用所有的组件
- 缺点：安全性差，这些操作对于 Leaf 同样可用，用户可能在 Leaf 上调用这些操作
  - 如果该组件不允许有子部件，或者 Remove 的参数不是该组件的子结点，通常最好使用缺省方式（可能是产生一个异常）处理 Add 和 Remove 的失败。
在 Composite 中声明：
- 优点：安全性好，静态语言的编译器可以确保不会在 Leaf 中 Add 或 Remove 子组件
- 缺点：透明性差，需要区别对待 Composite 和 Leaf。
  - 可能会丢失类型信息，不得不执行不安全的强制类型转换（Component→Composite）
  - 避免强制类型转换：在 Component 类中声明一个操作 Composite* GetComposite()，缺省返回空指针。然后 Composite 重载并返回 this 指针

删除 Composite 时，注意同时删除其子结点

改善子组件遍历和查找性能

Composite 类可以缓冲存储对它的子结点进行遍历或查找的相关信息。

例子中 Picture 类能高速缓冲存储其子部件的边界框，在绘图或选择期间，当子部件在当前窗口中不可见时，这个边界框使得 Picture 不需要再进行绘图或选择。

一个组件发生变化时，它的父部件原先缓冲存储的信息也变得无效（因此需要通知父组件刷新缓存）

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