C#设计模式——组合模式(Composite Pattern)

一、概述

在软件开发中，我们往往会遇上类似树形结构的对象体系。即某一对象既可能在树形结构中作为叶节点存在，也可能作为分支节点存在。比如在文件系统中，文件是作为叶节点存在，而文件夹就是分支节点。在设计这类对象时，如果将叶节点和分支节点区别对待，那么在实际开发中会带来较大的复杂性。比如客户端调用时可能会频繁的使用转型操作，同时代码的可维护性和扩展性也较差。在设计中使用组合模式可以解决这一系列弊端。

二、组合模式

组合模式定义了叶节点和分支节点的一致的接口，将客户端代码与复杂的对象结构解耦，大大降低了客户端调用的复杂性。其结构图如下：

Component定义了所有对象的共同接口，可以在Component中定义管理Component组件的接口以保证一致性，也可以将管理接口下放至Composite中以提高系统调用的安全性。

Leaf表示叶节点。

Composite定义了分支节点对象的行为，并提供一个容器用户存储其子节点。

Client通过Component来处理所有对象。

三、示例

我们利用组合模式来实现一个绘图系统。在该系统中具有Line、Circle、Picture等多种元素，其中Picture可以含有各类子元素。

首先定义Component。

    public abstract class Graphic
    {
        private string _name;

        public Graphic(string name)
        {
            _name = name;
        }

        public abstract void Add(Graphic graphic);
        public abstract void Remove(Graphic graphic);

        public virtual void Draw()
        {
            Console.WriteLine("Draw {0} {1}", GetType().Name, _name);
        }
    }

接着定义Picture对象。

    public class Picture : Graphic
    {
        private List<Graphic> _graphic = new List<Graphic>();
        public Picture(string name)
            : base(name)
        {
        }

        public override void Add(Graphic graphic)
        {
            _graphic.Add(graphic);
        }
        public override void Remove(Graphic graphic)
        {
            _graphic.Remove(graphic);
        }
        
        public override void Draw()
        {
            base.Draw();
            foreach (Graphic graphic in _graphic)
            {
                graphic.Draw();
            }
        }
    }

再定义Line和Circle。

    public class Line : Graphic
    {
        public Line(string name)
            : base(name)
        {
        }

        public override void Add(Graphic graphic)
        {
            throw new Exception("Line can't add graphic");
        }
        public override void Remove(Graphic graphic)
        {
            throw new Exception("Line can't remove graphic");
        }
    }

    public class Circle : Graphic
    {
        public Circle(string name)
            : base(name)
        {
        }

        public override void Add(Graphic graphic)
        {
            throw new Exception("Circle can't add graphic");
        }
        public override void Remove(Graphic graphic)
        {
            throw new Exception("Circle can't remove graphic");
        }
    }

这样就可以通过统一的Draw接口画出整幅图画。