《Head First设计模式》第九章（2）组合模式

组合模式

基于前一篇迭代模式的案例进行需求更新，餐厅的菜单管理系统需要有煎饼屋菜单和披萨菜单。现在希望在披萨菜单中能够加上一份餐后甜点的子菜单。
在迭代模式中，披萨菜单是用数组维护的，我们需要让披萨菜单持有一份子菜单，但是不能真的把他赋值给菜单项数组，因为类型不同，所以不能这么做。
所以，需要重新实现煎饼屋菜单和披萨菜单了。事实是，我们已经到达了一个复杂级别，如果现在不重新设计，就无法容纳未来增加的菜单或子菜单的需求。我们需要一下改变：

需要某种树形结构，可以容纳菜单、子菜单和菜单项；
需要确定能够在每个菜单的各个项之间游走，而且至少像用迭代器一样方便；
需要能够更有弹性地在菜单项之间游走。比方说，可能只需要遍历甜点菜单，或者可以便利整个菜单；

我们首先想到的是采用树形结构：

组合模式树形结构

我们要使用组合模式来解决这个问题，但并没有放弃迭代器模式，它仍然是解决方案中的一部分，然而管理菜单的问题已经到了一个迭代器无法解决的新维度。所以，我们将倒退几步，使用组合模式来解决。

组合模式让我们能用树形方式创建对象的结构，树里面包含了组合以及个别的对象。使用组合结构，我们能把相同的操作应用在组合的个别对象上，换句话说，在大多数情况下，我们可以忽略对象组合和个别对象之间的差别。

定义

组合模式允许将对象组合成属性结构来表现“整体/部分”层次结构，组合能让客户以一致的方式处理个别对象以及对象组合。

组合模式能创建一个树形结构

图片说明

我们要如何将组合模式利用在菜单上呢？一开始，我们需要创建一个组件接口来作为菜单和菜单项的共同接口，让我们能够用同意的做法来处理菜单和菜单项。来看看设计的类图：

图片说明

菜单组件MenuComponent提供了一个接口，让菜单项和菜单共同使用。因为我们希望能够为这些方法提供默认的实现，所以我们在这里可以把MenuComponent接口换成一个抽象类。在这个类中，有显示菜单信息的方法getName()等，还有操纵组件的方法add(),remove(),getChild()等。

菜单项MenuItem覆盖了显示菜单信息的方法，而菜单Menu覆盖了一些对他有意义的方法。

具体来看看代码实现：

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public abstract class MenuComponent {

// add,remove,getchild

// 把组合方法组织在一起，即新增、删除和取得菜单组件

public void add(MenuComponent component) {

throw new UnsupportedOperationException();

}

public void remove(MenuComponent component) {

throw new UnsupportedOperationException();

}

public MenuComponent getChild(int i) {

throw new UnsupportedOperationException();

}

// 操作方法：他们被菜单项使用。

public String getName() {

throw new UnsupportedOperationException();

}

public String getDescription() {

throw new UnsupportedOperationException();

}

public double getPrice() {

throw new UnsupportedOperationException();

}

public boolean isVegetarian() {

throw new UnsupportedOperationException();

}

public void print() {

throw new UnsupportedOperationException();

}

public class MenuItem extends MenuComponent {

String name;

String description;

boolean vegetarian;

double price;

public MenuItem(String name, String description, boolean vegetarian, double price) {

this.name = name;

this.description = description;

this.vegetarian = vegetarian;

this.price = price;

}

public String getName() {

return name;

}

public String getDescription() {

return description;

}

public boolean isVegetarian() {

return vegetarian;

}

public double getPrice() {

return price;

}

public void print() {

System.out.println(" " + getName());

if (isVegetarian()) {

System.out.println("(V)");

}

System.out.println(", " + getPrice());

System.out.println(" -- " + getDescription());

}

public class Menu extends MenuComponent {

ArrayList<MenuComponent> menuComponents = new ArrayList<MenuComponent>();

String name;

String description;

public Menu(String name, String description) {

this.name = name;

this.description = description;

}

public void add(MenuComponent menuComponent) {

menuComponents.add(menuComponent);

}

public void remove(MenuComponent menuComponent) {

menuComponents.remove(menuComponent);

}

public MenuComponent getChild(int i) {

return menuComponents.get(i);

}

public String getName() {

return name;

}

public String getDescription() {

return description;

}

public void print() {

System.out.println("\n" + getName());

System.out.println(", " + getDescription());

System.out.println("----------------------");

Iterator<MenuComponent> iterator = menuComponents.iterator();

while(iterator.hasNext()) {

MenuComponent menuComponent = iterator.next();

menuComponent.print();

}

public class Waitress {

MenuComponent allMenus;

public Waitress(MenuComponent allMenus) {

this.allMenus = allMenus;

}

public void printMenu() {

allMenus.print();

}

public class Client {

public static void main(String[] args) {

// 创建菜单对象

MenuComponent pancakeHouseMenu = new Menu("煎饼屋菜单", "提供各种煎饼。");

MenuComponent pizzaHouseMenu = new Menu("披萨屋菜单", "提供各种披萨。");

MenuComponent cafeMenu = new Menu("咖啡屋菜单", "提供各种咖啡");

// 创建一个顶层的菜单

MenuComponent allMenus = new Menu("All Menus", "All menus combined");

// 把所有菜单都添加到顶层菜单

allMenus.add(pancakeHouseMenu);

allMenus.add(pizzaHouseMenu);

allMenus.add(cafeMenu);

// 在这里加入菜单项

pancakeHouseMenu.add(new MenuItem("苹果煎饼", "香甜苹果煎饼", true, 5.99));

pizzaHouseMenu.add(new MenuItem("至尊披萨", "意大利至尊咖啡", false, 12.89));

cafeMenu.add(new MenuItem("美式咖啡", "香浓美式咖啡", true, 3.89));

Waitress waitress = new Waitress(allMenus);

waitress.printMenu();

}

程序输出结果

组合模式以单一责任设计原则换取透明性。通过让组件的接口同时包含一些管理子节点和叶节点的操作，客户就可以将组合和叶节点一视同仁。也就是说，一个元素究竟是组合还是叶节点，对客户是透明的。

现在，我们在MenuComponent类中同时具有两种类型的操作。因为客户有机会对一个元素做一些不恰当或是没有意义的操作，所以我们失去了一些安全性。

扩展：组合迭代器

我们现在再扩展一下，这种组合菜单如何设计迭代器呢？细心的朋友应该观察到，我们刚才使用的迭代都是递归调用的菜单项和菜单内部迭代的方式。现在我们想设计一个外部迭代的方式怎么办？譬如出现一个新需求：服务员需要打印出蔬菜性质的所有食品菜单。首先，我们给MenuComponent加上判断蔬菜类食品的方法，然后在菜单项中进行重写：

public abstract class MenuComponent {

…………

/**

* 判断是否为蔬菜类食品

*/

public boolean isVegetarian() {

throw new UnsupportedOperationException();

}

/**

* 菜单项

*/

public class MenuItem extends MenuComponent{

String name;

double price;

/**蔬菜类食品标志*/

boolean vegetarian;

…………

public boolean isVegetarian() {

return vegetarian;

}

public void setVegetarian(boolean vegetarian) {

this.vegetarian = vegetarian;

}

这个CmpositeIterator是一个不可小觑的迭代器，它的工作是遍历组件内的菜单项，而且确保所有的子菜单（以及子子菜单……）都被包括进来。

//跟所有的迭代器一样，我们实现Iterator接口。

class CompositeIterator implements Iterator {

Stack stack = new Stack();

/**

*将我们要遍历的顶层组合的迭代器传入，我们把它抛进一个堆栈数据结构中

*/

public CompositeIterator(Iterator iterator) {

stack.push(iterator);

}

@Override

public boolean hasNext() {

//想要知道是否还有下一个元素，我们检查堆栈是否被清空，如果已经空了，就表示没有下一个元素了

if (stack.empty()) {

return false;

} else {

/**

*否则我们就从堆栈的顶层中取出迭代器，看看是否还有下一个元素，

*如果它没有元素，我们将它弹出堆栈，然后递归调用hasNext()。

*/

Iterator iterator = (Iterator) stack.peek();

if (!iterator.hasNext()) {

stack.pop();

return hasNext();

} else {

//否则，便是还有下一个元素

return true;

}

@Override

public Object next() {

//好了，当客户想要取得下一个元素时候，我们先调用hasNext()来确定时候还有下一个。

if (hasNext()) {

//如果还有下一个元素，我们就从堆栈中取出目前的迭代器，然后取得它的下一个元素

Iterator iterator = (Iterator) stack.peek();

MenuComponent component = (MenuComponent) iterator.next();

/**

*如果元素是一个菜单，我们有了另一个需要被包含进遍历中的组合，

*所以我们将它丢进对战中，不管是不是菜单，我们都返回该组件。

*/

if (component instanceof Menu) {

stack.push(component.createIterator());

}

return component;

} else {

return null;

}

@Override

public void remove() {

throw new UnsupportedOperationException();

}

在我们写MenuComponent类的print方法的时候，我们利用了一个迭代器遍历组件内的每个项，如果遇到的是菜单，我们就会递归地电泳print方法处理它，换句话说，MenuComponent是在“内部”自行处理遍历。
但是在上页的代码中，我们实现的是一个“外部”的迭代器，所以有许多需要追踪的事情。外部迭代器必须维护它在遍历中的位置，以便外部可和可以通过hasNext和next来驱动遍历。在这个例子中，我们的代码也必须维护组合递归结构的位置，这也就是为什么当我们在组合层次结构中上上下下时，使用堆栈来维护我们的位置。

空迭代器

菜单项没什么可以遍历的，那么我们要如何实现菜单项的createIterator()方法呢。
1：返回null。我们可以让createIterator()方法返回null，但是如果这么做，我们的客户代码就需要条件语句来判断返回值是否为null；
2：返回一个迭代器，而这个迭代器的hasNext()永远返回false。这个是更好的方案，客户不用再担心返回值是否为null。我们等于创建了一个迭代器，其作用是“没作用”。