部分整體,樹形結構,『組合模式』來幫忙

目錄:設計模式之小試牛刀
源碼路徑:Github-Design Pattern


定義:(Composite Pattern)

將對象組合成樹形結構以表示“部分-整體”的層次結構,使得用戶對單個對象和組合對象的使用具有一致性。
又稱為部分整體模式,合成模式。

類圖:

組合模式通用類圖

從圖中可以看到,主要有以下幾個角色:

  • Component(根節點): 定義組合對象公用的方法或屬性
  • Composite(樹枝節點):組合樹枝節點和樹葉節點構造一個樹形結構
  • Leaf(葉子節點):最小單元

啟示:

提到組合模式,大家可能會覺得陌生,但是提到樹形結構,大家可能就很熟悉,畢竟生活中到處都是“樹”。那在Coding中,最常見的樹形結構比如組織架構,菜單,權限設計,文件管理等等。那這次我們就用組織架構來談談組合模式的應用。一個公司是由部門組成的,部門下是員工,典型的組合模式。
就一般公司的組織架構而言,最上層為CEO,也就是根節點,往下就是各部門經理,每個部門經理可能負責有多個項目,每個項目都安排有對應的項目組長負責,那項目組就是由項目成員組成了。為了演示方便,我們的層級就不往下深入了。下面是我簡化的組織架構圖。

代碼:

在我們的組織架構中我們主要分為三塊,組織、部門、員工。
首先來看看Component角色,對應代碼中的Organization。其中主要定義了公用的屬性,職位、姓名及上級節點。上級節點的主要作用是用來從下往上遍歷。

/// <summary>
///     組織架構
/// </summary>
public abstract class Organization
{
    /// <summary>
    ///     成員姓名
    /// </summary>
    public string MemberName { get; set; }

    /// <summary>
    ///     成員職位
    /// </summary>
    public string MemberPosition { get; set; }

    /// <summary>
    ///     直接上級
    /// </summary>
    public Organization ParentNode { get; set; }

    public void Display()
    {
        var basicInfo = string.Format("姓名:{0},職位:{1}", MemberName, MemberPosition);
        var parentInfo = ParentNode == null
            ? ""
            : string.Format(",直接上級:『姓名:{0},職位:{1}』", ParentNode.MemberName, ParentNode.MemberPosition);
        Console.WriteLine(basicInfo + parentInfo);
    }
}

再來看看對應Composite角色,部門的實現。在組織架構中,部門是組合的關鍵,也就是樹枝節點。

/// <summary>
///     部門
/// </summary>
public class Department : Organization
{
    private readonly List<Organization> _organizationInfo = new List<Organization>();

    public Department(string departmentName, string charge)
    {
        MemberPosition = departmentName;
        MemberName = charge;
    }

    public void Add(Organization org)
    {
        _organizationInfo.Add(org);
        org.ParentNode = this;
    }

    public void Remove(Organization org)
    {
        _organizationInfo.Remove(org);
    }

    public List<Organization> GetDepartmentMembers()
    {
        return _organizationInfo;
    }
}

最后來看樹葉節點,員工的實現。因為我們在組織節點未定義抽象方法,所以,直接繼承自Organization即可。

/// <summary>
///     員工
/// </summary>
public class Member : Organization
{
}

來看看場景類:

internal class Program
{
    private static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("組合模式:");
        Console.WriteLine("-------------------");

        var organzation = new Department("CEO", "老總");
        var developDepart = new Department("研發部經理", "研哥");

        organzation.Add(developDepart);

        var projectA = new Department("Erp項目組長", "E哥");

        developDepart.Add(projectA);

        var memberX = new Member {MemberPosition = "開發工程師", MemberName = "開發X"};
        var memberY = new Member {MemberPosition = "開發工程師", MemberName = "開發Y"};
        var memberZ = new Member {MemberPosition = "測試工程師", MemberName = "測試Z"};

        projectA.Add(memberX);
        projectA.Add(memberY);
        projectA.Add(memberZ);

        Console.WriteLine("組合模式:從上往下遍歷");
        DisplayStructure(organzation);
        Console.WriteLine("-------------------");
        Console.WriteLine();

        Console.WriteLine("組合模式:從下往上遍歷");
        FindParent(memberX);
        Console.WriteLine("-------------------");
        Console.ReadLine();
    }

    /// <summary>
    ///     正序排序
    /// </summary>
    /// <param name="org"></param>
    private static void DisplayStructure(Organization org)
    {
        if (org.ParentNode == null)
            org.Display();

        var departMent = (Department) org;

        foreach (var depart in departMent.GetDepartmentMembers())
        {
            depart.Display();
            if (!(depart is Member))
                DisplayStructure((Department) depart);
        }
    }

    /// <summary>
    ///     倒序排序
    /// </summary>
    /// <param name="member"></param>
    private static void FindParent(Organization member)
    {
        member.Display();
        while (member.ParentNode != null)
        {
            member.ParentNode.Display();
            member = member.ParentNode;
        }
    }
}

在場景類中,我們創建了組織架構圖中左邊的這條線,并提供了從上往下、從下往上兩種遍歷方法。輸出結果如下:

遍歷方式
輸出結果

本實例主要用于簡單演示組合模式的用法,還有很多需要完善的地方。小伙伴不妨想一想如果在我們真實的項目中該如何設計呢?

擴展

在組合模式中有一種透明組合模式,之所以透明,是因為將composite角色中也就是樹葉節點的用來組合的方法挪到了component角色根節點抽象類中定義,再由樹枝樹葉單獨實現。這樣是將樹枝和樹葉的結構保存了一致,但引入了一個問題,因為樹葉節點最小單元是不需要去組裝的,但是又必須實現抽象類定義的組合方法,就只能給一個空實現throw new NotImplementedException(),處理不當就會拋出異常。
那相對來說,我們上例就是組合模式的安全實現。


總結:

組合模式的目的是簡化部分整體的組裝方式及遍歷方式。高層模塊(客戶端)通過統一處理Composite角色,就可以完成部分整體的組裝和拆解。根據自己的需求,在Component中定義公用的方法由樹枝樹葉實現,比如:通過定義設置獲取上級節點的方法,即可完成從下往上遍歷。

優缺點:

優點

  1. 擴展性好:樹枝和樹葉節點可以自由擴展,符合OCP。
  2. 方便高層調用:局部和整體對高層模塊來說沒有區別,樹形機構中的所有節點都是Component。

缺點

  1. 不是面向接口編程,與依賴倒置原則相違背。

應用場景:

  1. 樹形結構
  2. 部分整體關系
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