设计模式 组合模式(Composite Pattern)

组合模式简绍

组合模式(Composite Pattern)是一种结构型设计模式,它允许你将对象组合成树形结构来表示“部分-整体”的层次结构。组合模式使得客户端可以用一致的方式处理单个对象和组合对象。这样,可以在不知道对象具体类型的条件下操作对象集合。

组合模式主要包含三种角色:

  • Component(组件):声明一个接口,在适当情况下,此接口被叶节点和容器节点共享。
  • Leaf(叶节点):定义终端对象。
  • Composite(容器节点):定义具有子部件的那些部件的行为。存储子部件。 组合模式的应用场景

组合模式的优缺点

组合模式的优点
  • 一致性:客户端可以一致地处理单个对象和组合对象。
  • 灵活性:可以很容易地添加新的叶子节点或组合节点。
  • 透明性:客户端不需要知道对象的具体类型就可以操作对象。
组合模式的缺点
  • 复杂性:对于简单操作,组合模式可能会引入不必要的复杂性。
  • 额外开销:组合模式可能会导致额外的内存和 CPU 开销,尤其是在处理大量对象时

UML图

在这里插入图片描述

定义一个公共接口或抽象类,它声明了所有叶子节点和容器节点共有的操作。

package CompositePatternModel;public interface Component {void test();Component getChild(int i);public void operation();public void add(Component component);
}

实现 Component 接口中定义的操作,但不关心其他与子节点相关的操作。

package CompositePatternModel;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class Composite implements Component{private String name;private List<Component> children = new ArrayList<>();public Composite(String name){this.name = name;}@Overridepublic void test() {}@Overridepublic Component getChild(int i) {return children.get(i);}@Overridepublic void operation() {System.out.println("Composite " + name + " operation");for (Component c : children) {c.operation();}}@Overridepublic void add(Component component) {children.add(component);}}

实现 Component 接口中定义的操作,并且实现与子节点相关的操作。客户端可以一致地对待单个对象和组合对象。

package CompositePatternModel;public class Pattern implements  Component{private String name;public Pattern(String name){this.name = name;}@Overridepublic void test() {System.out.println("test");}@Overridepublic Component getChild(int i) {System.out.println("getChild");return null;}@Overridepublic void operation() {System.out.println("operation: d" + name);}@Overridepublic void add(Component component) {System.out.println("sdf"+ component);}}

客户端可以一致地对待单个对象和组合对象。

package CompositePatternModel;public class Main {public static void main(String[] args) {Pattern pattern = new Pattern("pattern1");Pattern pattern1 = new Pattern("pattern2");Composite composite = new Composite("Comp");composite.add(pattern);composite.add(pattern1);composite.operation();}
}
  1. 表示部分-整体层次结构
    当你需要表示一个具有层次结构的对象集合时,组合模式是非常有用的。这种结构通常包含多个层次,每个层次上的对象可以是一个独立的实体(叶节点),也可以是一个包含其他对象的容器(组合节点)。
    示例:

    • 文件系统中的目录和文件:目录可以包含其他目录和文件。
    • 组织结构图:部门可以包含其他部门或员工。
    • UI控件:一个复合控件可以包含其他控件(如面板包含按钮、文本框等)
  2. 透明地处理单个对象和组合对象
    当客户端代码需要以一致的方式处理单个对象和组合对象时,组合模式可以让客户端无需关心处理的是单个对象还是组合对象。
    示例:

    • 图形编辑器:图形可以是单独的线条、矩形等基本图形,也可以是由多个基本图形组成的复合图形。
    • 渲染引擎:渲染对象可以是单一的几何体,也可以是由多个几何体组成的复杂场景。
  3. 动态地增删对象
    当需要在运行时动态地添加或移除对象,并且这些对象可能是单个实体也可能是包含其他对象的容器时,组合模式可以很好地支持这种需求。

    示例:
    游戏中的场景管理:游戏场景可以包含单个游戏对象,也可以包含其他场景。
    UI 界面构建:一个窗口可以包含多个面板,每个面板又可以包含多个组件。

  4. 需要递归处理的对象集合
    当需要对一个层次结构进行递归处理时,组合模式可以简化递归逻辑。
    示例:

    • 企业组织结构的遍历:遍历整个公司的部门和员工。
    • 文件系统的遍历:递归地遍历目录和文件。
  5. 需要一致的接口
    当希望在不同类型的对象之间提供一致的接口时,组合模式可以确保所有的对象(无论是叶子还是组合节点)都遵循相同的接口定义。

示例:
操作系统中的文件和目录:文件和目录都需要支持读写、删除等操作。
网页中的 DOM 结构:DOM 节点可以是文本节点也可以是包含其他节点的元素节点。

组合模式提供了一种优雅的方式来组织和操作层次结构中的对象,使得客户端可以在不知道对象具体类型的情况下操作对象集合。这种模式在很多领域都有广泛的应用,特别是在需要表示层次关系的场景中。

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