Composite 模式
一、基础介绍
Composite（组合）模式是一种结构型设计模式，它将对象组合成树形结构来表示”部分-整体”的层次结构，使用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。
二、生活比喻：文件系统
想象一个计算机文件系统：
传统方式：文件和文件夹需要分别处理。列出内容、计算大小、删除等操作，两者处理方式不同。
组合方式：文件和文件夹都实现了相同的接口。对文件或文件夹调用 getSize()，文件夹会递归计算所有子项的大小。
三、应用场景
| 场景 |
说明 |
示例 |
| 树形结构 |
需要表示部分-整体层次结构 |
文件系统、组织架构 |
| 统一处理 |
希望一致对待单个和组合对象 |
菜单系统、GUI组件 |
| 递归遍历 |
需要对树形结构递归操作 |
DOM树、语法树 |
四、使用注意事项
优点
| 优点 |
说明 |
| 统一接口 |
客户端一致对待单个和组合对象 |
| 层次清晰 |
树形结构直观表达层次关系 |
| 扩展灵活 |
可方便增加新的节点类型 |
缺点
| 缺点 |
说明 |
| 设计复杂 |
较难限制组合中的组件类型 |
| 类型安全 |
运行时才能发现类型错误 |
五、Java 经典案例
文件系统
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| import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
abstract class Entry {
protected String name;
public Entry(String name) { this.name = name; }
public abstract int getSize();
public abstract void print();
}
class File extends Entry {
private int size;
public File(String name, int size) {
super(name);
this.size = size;
}
public int getSize() { return size; }
public void print() {
System.out.println(name + " (" + size + " KB)");
}
}
class Directory extends Entry {
private List<Entry> entries = new ArrayList<>();
public Directory(String name) { super(name); }
public void add(Entry entry) { entries.add(entry); }
public int getSize() {
int size = 0;
for (Entry entry : entries) {
size += entry.getSize();
}
return size;
}
public void print() {
System.out.println(name + " (" + getSize() + " KB)");
for (Entry entry : entries) {
entry.print();
}
}
}
public class CompositeDemo {
public static void main(String[] args) {
Directory root = new Directory("root");
Directory home = new Directory("home");
File file1 = new File("readme.txt", 10);
File file2 = new File("doc.pdf", 500);
root.add(home);
home.add(file1);
root.add(file2);
root.print();
}
}
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六、Python 经典案例
图形绘制系统
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| from abc import ABC, abstractmethod
from typing import List
class Graphic(ABC):
@abstractmethod
def draw(self) -> None: pass
class Circle(Graphic):
def __init__(self, name: str, radius: float):
self.name = name
self.radius = radius
def draw(self) -> None:
print(f"绘制圆形: {self.name}")
class Picture(Graphic):
def __init__(self, name: str):
self.name = name
self.graphics: List[Graphic] = []
def add(self, graphic: Graphic) -> None:
self.graphics.append(graphic)
def draw(self) -> None:
print(f"绘制图片: {self.name}")
for g in self.graphics:
g.draw()
def main():
circle1 = Circle("圆1", 10)
circle2 = Circle("圆2", 15)
picture = Picture("组合图")
picture.add(circle1)
picture.add(circle2)
picture.draw()
if __name__ == "__main__":
main()
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七、参考资料与延伸阅读
相关设计模式
- Decorator：Decorator 为对象添加功能，Composite 构建层次结构
- Iterator：常用于遍历 Composite 结构
- Visitor：可以对 Composite 结构执行复杂操作