设计模式(11)——组合模式

组合（composite）模式允许你将对象组合成树形结构来表现“整体／部分”层次结构。组合能让客户以一致的方式处理个别对象以及对象组合。

听起来可能有点抽象，我们在上一篇文章中迭代器模式的例子的基础上继续深入，来看看组合模式的奥妙。

在上一篇文章中，我们实现了西餐厅菜单、煎饼屋菜单和咖啡厅菜单，现在我们希望能够在西餐厅菜单上加上一份餐后甜点的“子菜单”。

这样一来我们又要修改我们的设计了，我们现在需要某种树形结构，可以容纳菜单、子菜单和菜单项。我们需要确定能够在每个菜单的各个项之间游走，而且至少要像现在用迭代器一样方便。我们也需要能够更有弹性地在菜单项之间游走。比方说，可能只需要遍历甜点菜单，或者可以遍历餐厅的整个菜单（包括甜点菜单在内）。

下面我们来看如何在菜单上应用组合模式。一开始，我们需要创建一个组件接口来作为菜单和菜单项的共同接口，让我们能够用统一的做法来处理菜单和菜单项。换句话说，我们可以针对菜单或菜单项调用相同的方法。菜单组件的角色是为叶节点和组合节点提供一个共同的接口。

组合模式的类图如下：

组件接口如下

import java.util.*;public abstract class MenuComponent {public void add(MenuComponent menuComponent) {throw new UnsupportedOperationException();}public void remove(MenuComponent menuComponent) {throw new UnsupportedOperationException();}public MenuComponent getChild(int i) {throw new UnsupportedOperationException();}public String getName() {throw new UnsupportedOperationException();}public String getDescription() {throw new UnsupportedOperationException();}public double getPrice() {throw new UnsupportedOperationException();}public boolean isVegetarian() {throw new UnsupportedOperationException();}public abstract Iterator createIterator();public void print() {throw new UnsupportedOperationException();}
}

现在我们来看菜单项类，这是组合类图里的叶类，它实现组合内元素的行为。

import java.util.Iterator;public class MenuItem extends MenuComponent {String name;String description;boolean vegetarian;double price;public MenuItem(String name, String description, boolean vegetarian, double price) { this.name = name;this.description = description;this.vegetarian = vegetarian;this.price = price;}public String getName() {return name;}public String getDescription() {return description;}public double getPrice() {return price;}public boolean isVegetarian() {return vegetarian;}public Iterator createIterator() {return new NullIterator();}public void print() {System.out.print(" " + getName());if (isVegetarian()) {System.out.print("(v)");}System.out.println(", " + getPrice());System.out.println(" -- " + getDescription());}
}

我们已经有了菜单项，还需要组合类，即菜单。组合类可以持有菜单项或其他菜单。

import java.util.Iterator;
import java.util.ArrayList;public class Menu extends MenuComponent {ArrayList menuComponents = new ArrayList();String name;String description;public Menu(String name, String description) {this.name = name;this.description = description;}public void add(MenuComponent menuComponent) {menuComponents.add(menuComponent);}public void remove(MenuComponent menuComponent) {menuComponents.remove(menuComponent);}public MenuComponent getChild(int i) {return (MenuComponent)menuComponents.get(i);}public String getName() {return name;}public String getDescription() {return description;}public Iterator createIterator() {return new CompositeIterator(menuComponents.iterator());}public void print() {System.out.print("\n" + getName());System.out.println(", " + getDescription());System.out.println("---------------------");Iterator iterator = menuComponents.iterator();while (iterator.hasNext()) {MenuComponent menuComponent = (MenuComponent)iterator.next();menuComponent.print();}}
}

我们还实现了一个组合迭代器，用来遍历组件内的菜单项，而且确保所有的子菜单（以及子子菜单……）都被包括进来。

import java.util.*;public class CompositeIterator implements Iterator {Stack stack = new Stack();public CompositeIterator(Iterator iterator) {//将要遍历的顶层组合的迭代器传入，把它抛进一个堆栈数据结构中stack.push(iterator);}public Object next() {if(hasNext()) {Iterator iterator = (Iterator) stack.peek();MenuComponent menuComponent = (MenuComponent) iterator.next();if(menuComponent instanceof Menu) {//如果元素是一个菜单，则有了另一个需要被包含进遍历中的组合，把它也压入栈中stack.push(menuComponent.createIterator());}return menuComponent;}else {return null;}}public boolean hasNext() {if(stack.isEmpty()) {return false;}else {if(((Iterator)stack.peek()).hasNext()) {return true;}else {stack.pop();return hasNext();}}}public void remove() {throw new UnsupportedOperationException();}
}

我们还需要实现一个空迭代器，当菜单项内没有东西可以遍历时，就返回这个空迭代器，它的hasNext()永远返回false

import java.util.Iterator;public class NullIterator implements Iterator {public Object next() {return null;}public boolean hasNext() {return false;}public void remove() {throw new UnsupportedOperationException();}
}

现在我们可以来实现女招待了，并且为她加上了一个可以确切地告诉我们哪些项目是素食的方法。

import java.util.Iterator;public class Waitress {MenuComponent allMenus;public Waitress(MenuComponent allMenus) {this.allMenus = allMenus;}public void printMenu() {allMenus.print();}public void printVegetarianMenu() {Iterator iterator = allMenus.createIterator();System.out.println("\nVEGETARIAN MENU\n----");while (iterator.hasNext()) {MenuComponent menuComponent = (MenuComponent)iterator.next();try {if (menuComponent.isVegetarian()) {menuComponent.print();}} catch (UnsupportedOperationException e) {}}}
}

最后来测试一下

public class MenuTestDrive {public static void main(String args[]) {MenuComponent pancakeHouseMenu = new Menu("PANCAKE HOUSE MENU", "Breakfast");MenuComponent dinerMenu = new Menu("DINER MENU", "Lunch");MenuComponent cafeMenu = new Menu("CAFE MENU", "Dinner");MenuComponent dessertMenu = new Menu("DESSERT MENU", "Dessert of course!");MenuComponent allMenus = new Menu("ALL MENUS", "All menus combined");allMenus.add(pancakeHouseMenu);allMenus.add(dinerMenu);allMenus.add(cafeMenu);pancakeHouseMenu.add(new MenuItem("K&B's Pancake Breakfast", "Pancakes with scrambled eggs, and toast", true,2.99));pancakeHouseMenu.add(new MenuItem("Regular Pancake Breakfast", "Pancakes with fried eggs, sausage", false,2.99));pancakeHouseMenu.add(new MenuItem("Blueberry Pancakes","Pancakes made with fresh blueberries, and blueberry syrup",true,3.49));pancakeHouseMenu.add(new MenuItem("Waffles","Waffles, with your choice of blueberries or strawberries",true,3.59));dinerMenu.add(new MenuItem("Vegetarian BLT","(Fakin') Bacon with lettuce & tomato on whole wheat", true, 2.99));dinerMenu.add(new MenuItem("BLT","Bacon with lettuce & tomato on whole wheat", false, 2.99));dinerMenu.add(new MenuItem("Soup of the day","A bowl of the soup of the day, with a side of potato salad", false, 3.29));dinerMenu.add(new MenuItem("Hotdog","A hot dog, with saurkraut, relish, onions, topped with cheese",false, 3.05));dinerMenu.add(new MenuItem("Steamed Veggies and Brown Rice","A medly of steamed vegetables over brown rice", true, 3.99));dinerMenu.add(new MenuItem("Pasta","Spaghetti with Marinara Sauce, and a slice of sourdough bread",true, 3.89));dinerMenu.add(dessertMenu);dessertMenu.add(new MenuItem("Apple Pie","Apple pie with a flakey crust, topped with vanilla icecream",true,1.59));dessertMenu.add(new MenuItem("Cheesecake","Creamy New York cheesecake, with a chocolate graham crust",true,1.99));dessertMenu.add(new MenuItem("Sorbet","A scoop of raspberry and a scoop of lime",true,1.89));cafeMenu.add(new MenuItem("Veggie Burger and Air Fries","Veggie burger on a whole wheat bun, lettuce, tomato, and fries",true, 3.99));cafeMenu.add(new MenuItem("Soup of the day","A cup of the soup of the day, with a side salad",false, 3.69));cafeMenu.add(new MenuItem("Burrito","A large burrito, with whole pinto beans, salsa, guacamole",true, 4.29));Waitress waitress = new Waitress(allMenus);waitress.printVegetarianMenu();}
}

下面是运行结果

设计分析

值得注意的是，组合模式不符合我们在先前的文章中所介绍的单一责任制度。组合模式让一个类有两个责任，不但需要管理层次结构，还要执行菜单的操作。可以这么说，组合模式以单一责任设计原则换取透明性（transparency）。所谓透明性，即是通过让组件的接口同时包含一些管理子节点和叶节点的操作，客户就可以将组合和叶节点一视同仁。也就是说，一个元素究竟是组合还是叶节点，对客户是透明的。

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