一、 合成（Composite）模式

合成模式有時(shí)又叫做部分－整體模式（Part-Whole）。合成模式將對象組織到樹結(jié)構(gòu)中，可以用來描述整體與部分的關(guān)系。合成模式可以使客戶端將單純元素與復(fù)合元素同等看待。

從和尚的故事談起

這是小時(shí)候我奶奶講的故事：從前有個(gè)山，山里有個(gè)廟，廟里有個(gè)老和尚在給小和尚講故事，講的什么故事呢？從前有個(gè)山，山里有個(gè)廟……。奶奶的故事要 循環(huán)多少次，根據(jù)你多長時(shí)間睡著而定。在故事中有山、有廟、有和尚、有故事。因此，故事的角色有兩種：一種里面沒有其它角色；另一種內(nèi)部有其它角色。

對象的樹結(jié)構(gòu)

一個(gè)樹結(jié)構(gòu)由兩種節(jié)點(diǎn)組成：樹枝節(jié)點(diǎn)和樹葉節(jié)點(diǎn)。樹枝節(jié)點(diǎn)可以有子節(jié)點(diǎn)，而一個(gè)樹葉節(jié)點(diǎn)不可以有子節(jié)點(diǎn)。除了根節(jié)點(diǎn)外，其它節(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)。

注意：一個(gè)樹枝節(jié)點(diǎn)可以不帶任何葉子，但是它因?yàn)橛袔~子的能力，因此仍然是樹枝節(jié)點(diǎn)，而不會成為葉節(jié)點(diǎn)。一個(gè)樹葉節(jié)點(diǎn)永遠(yuǎn)不可能帶有子節(jié)點(diǎn)。

二、 合成模式概述

下圖所示的類圖省略了各個(gè)角色的細(xì)節(jié)。

可以看出，上面的類圖結(jié)構(gòu)涉及到三個(gè)角色：

• 抽象構(gòu)件（Component）角色：這是一個(gè)抽象角色，它給參與組合的對象規(guī)定一個(gè)接口。這個(gè)角色給出共有接口及其默認(rèn)行為。
• 樹葉構(gòu)件（Leaf）角色：代表參加組合的樹葉對象。一個(gè)樹葉對象沒有下級子對象。
• 樹枝構(gòu)件（Composite）角色：代表參加組合的有子對象的對象，并給出樹枝構(gòu)件對象的行為。

可以看出，Composite類型的對象可以包含其它Component類型的對象。換而言之，Composite類型對象可以含有其它的樹枝（Composite）類型或樹葉（Leaf）類型的對象。

合成模式的實(shí)現(xiàn)根據(jù)所實(shí)現(xiàn)接口的區(qū)別分為兩種形式，分別稱為安全模式和透明模式。合成模式可以不提供父對象的管理方法，但合成模式必須在合適的地方提供子對象的管理方法（諸如：add、remove、getChild等）。

透明方式

作為第一種選擇，在Component里面聲明所有的用來管理子類對象的方法，包括add（）、remove（），以及getChild（）方法。 這樣做的好處是所有的構(gòu)件類都有相同的接口。在客戶端看來，樹葉類對象與合成類對象的區(qū)別起碼在接口層次上消失了，客戶端可以同等同的對待所有的對象。這 就是透明形式的合成模式。

這個(gè)選擇的缺點(diǎn)是不夠安全，因?yàn)闃淙~類對象和合成類對象在本質(zhì)上是有區(qū)別的。樹葉類對象不可能有下一個(gè)層次的對象，因此add（）、remove（）以及getChild（）方法沒有意義，是在編譯時(shí)期不會出錯(cuò)，而只會在運(yùn)行時(shí)期才會出錯(cuò)。

安全方式

第二種選擇是在Composite類里面聲明所有的用來管理子類對象的方法。這樣的做法是安全的做法，因?yàn)闃淙~類型的對象根本就沒有管理子類對象的方法，因此，如果客戶端對樹葉類對象使用這些方法時(shí)，程序會在編譯時(shí)期出錯(cuò)。

這個(gè)選擇的缺點(diǎn)是不夠透明，因?yàn)闃淙~類和合成類將具有不同的接口。

這兩個(gè)形式各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)軟件的具體情況做出取舍決定。

三、 安全式的合成模式的結(jié)構(gòu)

安全式的合成模式要求管理聚集的方法只出現(xiàn)在樹枝構(gòu)件類中，而不出現(xiàn)在樹葉構(gòu)件中。

這種形式涉及到三個(gè)角色：

• 抽象構(gòu)件(Component)角色：這是一個(gè)抽象角色，它給參加組合的對象定義出公共的接口及其默認(rèn)行為，可以用來管理所有的子對象。在安全式的合成模式里，構(gòu)件角色并不是定義出管理子對象的方法，這一定義由樹枝構(gòu)件對象給出。
• 樹葉構(gòu)件（Leaf）角色：樹葉對象是沒有下級子對象的對象，定義出參加組合的原始對象的行為。
• 樹枝構(gòu)件（Composite）角色：代表參加組合的有下級子對象的對象。樹枝對象給出所有的管理子對象的方法，如add（）、remove（）、getChild（）等。

四、 安全式的合成模式實(shí)現(xiàn)

以下示例性代碼演示了安全式的合成模式代碼：

// Composite pattern -- Structural example  
using System;
using System.Text;
using System.Collections;

// "Component"
abstract class Component
{
  // Fields
  protected string name;

  // Constructors
  public Component( string name )
  {
    this.name = name;
  }

  // Operation
  public abstract void Display( int depth );
}

// "Composite"
class Composite : Component
{
  // Fields
  private ArrayList children = new ArrayList();

  // Constructors
  public Composite( string name ) : base( name ) {}

  // Methods
  public void Add( Component component )
  {
    children.Add( component );
  }
  public void Remove( Component component )
  {
    children.Remove( component );
  }
  public override void Display( int depth )
  {
    Console.WriteLine( new String( ‘-‘, depth ) + name );

    // Display each of the node‘s children
    foreach( Component component in children )
      component.Display( depth + 2 );
  }
}

// "Leaf"
class Leaf : Component
{
  // Constructors
  public Leaf( string name ) : base( name ) {}

  // Methods
  public override void Display( int depth )
  {
    Console.WriteLine( new String( ‘-‘, depth ) + name );
  }
}

/**//// 

/// Client test
/// 
public class Client
{
  public static void Main( string[] args )
  {
    // Create a tree structure
    Composite root = new Composite( "root" );
    root.Add( new Leaf( "Leaf A" ));
    root.Add( new Leaf( "Leaf B" ));
    Composite comp = new Composite( "Composite X" );

    comp.Add( new Leaf( "Leaf XA" ) );
    comp.Add( new Leaf( "Leaf XB" ) );
    root.Add( comp );

    root.Add( new Leaf( "Leaf C" ));

    // Add and remove a leaf
    Leaf l = new Leaf( "Leaf D" );
    root.Add( l );
    root.Remove( l );

    // Recursively display nodes
    root.Display( 1 );
  }
}

五、 透明式的合成模式結(jié)構(gòu)

與安全式的合成模式不同的是，透明式的合成模式要求所有的具體構(gòu)件類，不論樹枝構(gòu)件還是樹葉構(gòu)件，均符合一個(gè)固定的接口。

這種形式涉及到三個(gè)角色：

• 抽象構(gòu)件（Component）角色：這是一個(gè)抽象角色，它給參加組合的對象規(guī)定一個(gè)接口，規(guī)范共有的接口及默認(rèn)行為。
• 樹葉構(gòu)件（Leaf）角色：代表參加組合的樹葉對象，定義出參加組合的原始對象的行為。樹葉類會給出add（）、remove（）以及getChild（）之類的用來管理子類對對象的方法的平庸實(shí)現(xiàn)。
• 樹枝構(gòu)件（Composite）角色：代表參加組合的有子對象的對象，定義出這樣的對象的行為。

六、 透明式的合成模式實(shí)現(xiàn)

以下示例性代碼演示了安全式的合成模式代碼：

// Composite pattern -- Structural example  

using System;
using System.Text;
using System.Collections;

// "Component"
abstract class Component
{
  // Fields
  protected string name;

  // Constructors
  public Component( string name )
  { this.name = name; }

  // Methods
  abstract public void Add(Component c);
  abstract public void Remove( Component c );
  abstract public void Display( int depth );
}

// "Composite"
class Composite : Component
{
  // Fields
  private ArrayList children = new ArrayList();

  // Constructors
  public Composite( string name ) : base( name ) {}

  // Methods
  public override void Add( Component component )
  { children.Add( component ); }
  
  public override void Remove( Component component )
  { children.Remove( component ); }
  
  public override void Display( int depth )
  { 
    Console.WriteLine( new String( ‘-‘, depth ) + name );

    // Display each of the node‘s children
    foreach( Component component in children )
      component.Display( depth + 2 );
  }
}

// "Leaf"
class Leaf : Component
{
  // Constructors
  public Leaf( string name ) : base( name ) {}

  // Methods
  public override void Add( Component c )
  { Console.WriteLine("Cannot add to a leaf"); }

  public override void Remove( Component c )
  { Console.WriteLine("Cannot remove from a leaf"); }

  public override void Display( int depth )
  { Console.WriteLine( new String( ‘-‘, depth ) + name ); }
}

/**//// 

/// Client test
/// 
public class Client
{
  public static void Main( string[] args )
  {
    // Create a tree structure
    Composite root = new Composite( "root" );
    root.Add( new Leaf( "Leaf A" ));
    root.Add( new Leaf( "Leaf B" ));
    Composite comp = new Composite( "Composite X" );

    comp.Add( new Leaf( "Leaf XA" ) );
    comp.Add( new Leaf( "Leaf XB" ) );
    root.Add( comp );

    root.Add( new Leaf( "Leaf C" ));

    // Add and remove a leaf
    Leaf l = new Leaf( "Leaf D" );
    root.Add( l );
    root.Remove( l );

    // Recursively display nodes
    root.Display( 1 );
  }
}

七、 使用合成模式時(shí)考慮的幾個(gè)問題

1. 明顯的給出父對象的引用。在子對象里面給出父對象的引用，可以很容易的遍歷所有父對象。有了這個(gè)引用，可以方便的應(yīng)用責(zé)任鏈模式。
2. 在通常的系統(tǒng)里，可以使用享元模式實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的共享，但是由于合成模式的對象經(jīng)常要有對父對象的引用，因此共享不容易實(shí)現(xiàn)。
3. 有時(shí)候系統(tǒng)需要遍歷一個(gè)樹枝結(jié)構(gòu)的子構(gòu)件很多次，這時(shí)候可以考慮把遍歷子構(gòu)件的結(jié)果暫時(shí)存儲在父構(gòu)件里面作為緩存。
4. 關(guān)于使用什么數(shù)據(jù)類型來存儲子對象的問題，在示意性的代碼中使用了ArrayList，在實(shí)際系統(tǒng)中可以使用其它聚集或數(shù)組等。
5. 客戶端盡量不要直接調(diào)用樹葉類中的方法，而是借助其父類（Component）的多態(tài)性完成調(diào)用，這樣可以增加代碼的復(fù)用性。

八、 和尚的故事

九、 一個(gè)實(shí)際應(yīng)用Composite模式的例子

下面是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用中的程序，演示了通過一些基本圖像元素（直線、園等）以及一些復(fù)合圖像元素（由基本圖像元素組合而成）構(gòu)建復(fù)雜的圖形樹的過程。

// Composite pattern -- Real World example  

using System;
using System.Collections;

// "Component"
abstract class DrawingElement
{
  // Fields
  protected string name;

  // Constructors
  public DrawingElement( string name )
  { this.name = name; }
 
  // Operation
  abstract public void Display( int indent );
}

// "Leaf"
class PrimitiveElement : DrawingElement
{
  // Constructors
  public PrimitiveElement( string name ) : base( name ) {}

  // Operation
  public override void Display( int indent )
  {
    Console.WriteLine( new String( ‘-‘, indent ) + 
      " draw a {0}", name );
  }
}

// "Composite"
class CompositeElement : DrawingElement
{
  // Fields
  private ArrayList elements = new ArrayList();
 
  // Constructors
  public CompositeElement( string name ) : base( name ) {}

  // Methods
  public void Add( DrawingElement d )
  { elements.Add( d ); }

  public void Remove( DrawingElement d )
  { elements.Remove( d ); }

  public override void Display( int indent )
  {
    Console.WriteLine( new String( ‘-‘, indent ) +
      "+ " + name );

    // Display each child element on this node
    foreach( DrawingElement c in elements )
      c.Display( indent + 2 );
  }
}
 
/**//// 

///  CompositeApp test
/// 
public class CompositeApp
{
  public static void Main( string[] args )
  {
    // Create a tree structure
    CompositeElement root = new  
      CompositeElement( "Picture" );
    root.Add( new PrimitiveElement( "Red Line" ));
    root.Add( new PrimitiveElement( "Blue Circle" ));
    root.Add( new PrimitiveElement( "Green Box" ));

    CompositeElement comp = new  
      CompositeElement( "Two Circles" );
    comp.Add( new PrimitiveElement( "Black Circle" ) );
    comp.Add( new PrimitiveElement( "White Circle" ) );
    root.Add( comp );

    // Add and remove a PrimitiveElement
    PrimitiveElement l = new PrimitiveElement( "Yellow Line" );
    root.Add( l );
    root.Remove( l );

    // Recursively display nodes
    root.Display( 1 );
  }
}

合成模式與很多其它模式都有聯(lián)系，將在后續(xù)內(nèi)容中逐步介紹。