C#设计模式09——组合模式的写法

1. 什么是C#组合模式？

组合模式是一种结构型设计模式，它允许将对象组合成树形结构以表示“整体/部分”层次结构。使用此模式，客户端可以按相同的方式处理单个对象和对象集合，而不必关注它们是单个对象还是组合对象。组合对象本身也可以作为容器，包含其他组合对象，形成更复杂的树形结构。

在C#中，组合模式是一种递归嵌套的设计模式，通常需要使用抽象类或接口表示“整体”和“部分”之间的关系，并将部件对象存储在它们的容器中。通过通过将容器中的部件继续使用相同的方式处理，客户端代码可以逐级访问嵌套对象，而不必知道每个对象的具体类型或是否是叶子节点。

2. 为什么要使用C#组合模式？

组合模式可以方便地处理层次结构，例如组织机构、文件系统或UI控件。使用该模式，可以将树形数据结构的遍历变得简单且具有一致性，而无论遍历哪个节点，只需按照相同的方式进行。

使用组合模式还可以使代码更加灵活。由于容器和叶子节点可以互换使用，可以轻松地添加新的叶子节点和容器对象，而不会影响其它部分代码的实现。

3. 组合模式的主要角色有哪些？

C#组合模式通常涉及四个主要角色：

- 抽象组件（Component）: 定义组合关系的抽象类或接口，为容器和叶子节点共享的操作提供通用的实现。
- 叶子节点（Leaf）: 组合树结构中的最底层元素，它们没有子节点，具有特定的行为。
- 容器（Composite）: 包含一组子节点并维护它们之间的组合结构。容器可以包含其他容器和叶子节点，统一对子节点操作。
- 客户端（Client）: 使用组合结构的代码，通常通过容器操作组合节点，而不必关注如何管理节点之间的组合关系，将复杂度降到最低。

4. 组合模式如何实现？

组合模式的一个常见实现方案是将组件抽象成接口或抽象类。这个抽象类包含容器和叶子节点的通用行为和属性，并定义了添加、删除和获取子节点的方法。容器实现这个抽象类，并维护它们的子节点，而叶子节点扩展它们自己的逻辑。

通常情况下，容器会将它自己的操作通过递归调用委托给子节点，从而在深层次的嵌套结构中完成某个指定操作。客户端代码使用这个抽象接口或类，而不是具体的实现对象，实现了透明的管理树形结构元素。

5. 组合模式有哪些优缺点？

优点：

- 可以方便地处理树状结构，具有一致性和可维护性。
- 组合对象可以递归嵌套，允许动态的添加和删除节点和树形结构。
- 通过共享相同接口或抽象类，客户端代码可以无缝切换一个元素与多个元素之间的关系，从而简化代码逻辑。
- 允许在叶子和组合对象中分别添加新的行为和操作，而不会影响其它部分的代码。

缺点：

- 可能难以限制容器中的元素类型，会产生一定的安全隐患。
- 由于递归嵌套，可能对内存和性能有一定的影响。
- 当组合对象拥有大量子节点时，可能会对代码可读性和理解性造成一定的困难。

以下是一个使用C#组合模式的示例代码：

//抽象组件
public abstract class Component
{
    protected string Name;
    public Component(string name)
    {
        Name = name;
    }
    public abstract void Add(Component c);
    public abstract void Remove(Component c);
    public abstract void Display(int depth);
}

//叶子节点
public class Leaf : Component
{
    public Leaf(string name) : base(name)
    {
    }
    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);
    }
}

//容器
public class Composite : Component
{
    private List<Component> _children = new List<Component>();
    public Composite(string name) : base(name)
    {
    }
    public override void Add(Component c)
    {
        _children.Add(c);
    }
    public override void Remove(Component c)
    {
        _children.Remove(c);
    }
    public override void Display(int depth)
    {
        Console.WriteLine(new string('-', depth) + Name);
        foreach (Component component in _children)
        {
            component.Display(depth + 2);
        }
    }
}

//客户端
class Client
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Composite root = new Composite("root");
        root.Add(new Leaf("Leaf A"));
        root.Add(new Composite("Composite X"));
        Composite compositeY = new Composite("Composite Y");
        compositeY.Add(new Leaf("Leaf B"));
        compositeY.Add(new Leaf("Leaf C"));
        root.Add(compositeY);
        Leaf leafD = new Leaf("Leaf D");
        root.Add(leafD);
        root.Remove(leafD);
        root.Display(1);

        Console.ReadKey();
    }
}

在上述代码中，抽象组件是Component类，其中包含添加、删除和展示子节点等公共方法。叶子节点Leaf和容器Composite分别继承了Component，并实现了它们自己的逻辑。客户端使用抽象组件Component来透明地处理叶子节点和容器对象，并对它们进行操作。在Main方法中，创建了一个根容器对象，并添加了一些叶子节点和容器对象。输出结果是一个树形结构。

-root
--Leaf A
--Composite X
--Composite Y
---Leaf B
---Leaf C

其中，输出的内容是按照树形结构展示的，每行前面添加了一些连字符（”-“）来表示层次结构深度。可以看到，root节点包含了三个子节点，其中compositeY节点又包含了两个子节点。最后，“Leaf D”节点被移除了。