大卫的Design Patterns学习笔记08：Composite

一、概述
我们往往总是希望用一致的方式访问不同类型的对象，不论这个对象是同一类系中类型A的对象，还是类型B的对象，OO的多态性为我们提供了这种支持。
Composite模式将这种观点更进一步，当一个复杂对象由多个同一类系中的对象组成的时候，我们仍然希望用与访问单个对象一致的方式来访问该复杂对象（这其实仍是多态性在发挥作用，但在这个多态方法的内部处理使得我们可以做到“用一致的方法访问”这一点，见示例）。
Composite（组合）模式将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构，它使得客户对单个对象和复合对象的使用具有一致性。

二、结构
Composite模式的结构如下图所示：

图1：Composite模式类图示例
上述类图中的Leaf相当于数据结构Tree的叶子节点，而Composite相当于Tree的子节点。实际应用中，是否与上述类图一样，在基类Component中提供Add/Remove/GetChild等方法应视需求而定，因为有些情况下这些方法对于Leaf而言是没有意义的。

三、应用
以下情况使用Composite模式：
1、你想表示对象的部分-整体层次结构（这是基本的Composite的应用）。
2、你希望用户忽略组合对象与单个对象的不同，用户将统一地使用组合结构中的所有对象，在这些对象上执行某个操作（这才是Composite模式带给我们的好处）。

四、优缺点
Composite模式具有以下优缺点：
1、定义了包含基本对象和组合对象的类层次结构 基本对象可以被组合成更复杂的组合对象，而这个组合对象又可以被组合，这样不断的递归下去。客户代码中，任何用到基本对象的地方都可以使用组合对象。
2、简化客户代码 客户可以一致地使用组合结构和单个对象。通常用户不知道(也不关心)处理的是一个叶节点还是一个组合组件。这就简化了客户代码，因为在定义组合的那些类中不需要写一些充斥着选择语句的函数。
3、使得更容易增加新类型的组件 新定义的Composite或Leaf子类自动地与已有的结构和客户代码一起工作，客户程序不需因新的Component类而改变。
4、使你的设计变得更加一般化 容易增加新组件也会产生一些问题，那就是很难限制组合中的组件。有时你希望一个组合只能有某些特定的组件。使用Composite时，你不能依赖类型系统施加这些约束，而必须在运行时刻进行检查。

五、举例
Java的AWT中的Component-Container体系是一个很好的Composite模式的例子。Container从Component派生，而Container中又可以包含有多个Component（甚至是Container，因为Container也是Component）。
但是，需要注意的是，是否能通过类似add的操作来添加被包容的对象，形成树状结构不是Composite模式的重点，Composite模式的重点在于，形成特定结构后，是否可以保证用统一的方法，在无需关心各被包容对象的前提下访问该对象，执行某个操作。
因此，虽然可以用Java的Collection构建多种容器类型的树状结构，这是一种Composite，但不是这里所讨论的Composite模式。虽然大家有相同的上层接口Collection，但是，各容器类缺少共同的“某个操作”。对于上面讲的AWT中的Component类系而言，“某个操作”可能是invalidate操作，或者是repaint操作。

在现代OS的文件系统实现中，往往不区分文件/目录，甚至设备，因为对于系统而言，他们没有太多的不同，在这里，目录就相当于类图中的Composite。下面是一个虚拟的目录管理的例子（真正的目录管理比这可复杂多了，具体可参考<Unix环境高级编程>）：
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;

class AbsFile {
public:
    virtual void ls() = 0;

    virtual ~AbsFile() { } // nothing to do in this demo.
protected:
    string        m_strName;
    static int    m_indent;
};
int AbsFile::m_indent = 0;

class File: public AbsFile {
public:
    File( const char* name )
    {
        m_strName = name;
    }

    void ls()
    {
        for (int i=0; i < m_indent; i++)
            cout << ' ';

        cout << m_strName.c_str() << endl;
    }
};

class Dir : public AbsFile {
public:
    Dir( const char* name )
    {
        m_strName = name;
    }

    void add( AbsFile* f )
    {
        m_vFiles.push_back(f);
    }
    void remove(); // not implemented in this demo.

    void ls() {
        for (int i=0; i < m_indent; i++)
            cout << ' ';

        cout << m_strName << ":" << endl;

        m_indent += 3;
        vector<AbsFile*>::iterator it = m_vFiles.begin();
        for (; it != m_vFiles.end(); it++)
            (*it)->ls();

        m_indent -= 3;
    }
private:
    vector<AbsFile*>  m_vFiles;
};

void main( void )
{
    Dir        one("1"), two("2"), thr("3");
    File    a("a"), b("b"), c("c"), d("d"), e("e");
    one.add( &a );
    one.add( &two );
    one.add( &b );
    two.add( &c );
    two.add( &d );
    two.add( &thr );
    thr.add( &e );
    one.ls();
}
上述程序输出如下所示的树状文件结构：
1:
   a
   2:
      c
      d
      3:
         e
   b
需要注意的是，上面的示例中采用的File（即类图中的Leaf）没有实现add操作，这并不是所有应用必须遵循的原则，视实际情况的需要，我们可以决定是否需要给File提供add等操作的实现。

参考：
1、http://home.earthlink.net/~huston2/dp/CompositeDemos.txt