1 模式的定義

組合模式是一種結構型設計模式，用於將對象組合成樹形結構以表示部分-整體層次結構。這個模式允許客戶端以一致的方式處理單個對象和對象組合，因此它將單個對象和組合對象視為可互換的。
組合模式允許你將對象組合成樹狀結構來表示"部分-整體"的層次結構。組合模式使得客戶端可以統一地處理單個對象和組合對象，無需關心它們的具體類型，從而簡化了客戶端的代碼。

2 舉例說明

讓我們以文件系統為例來說明組合模式。在文件系統中，文件和目錄都可以被視為對象。文件是葉節點，而目錄可以包含文件和其他目錄，形成一個樹形結構。

假設有一個文件系統，其中包含以下結構：

• 文件1.txt
• 文件2.txt
• 文件夾A
  • 文件3.txt
  • 文件夾B
    • 文件4.txt

在這裡，文件夾A是一個組合對象，它包含了文件3.txt和文件夾B，而文件夾B也是一個組合對象，它包含了文件4.txt。這種層次結構可以通過組合模式來表示和操作。

3 結構

組合模式的結構包括以下幾個要素：

抽象組件（Component）：定義組合中的對象的通用介面，可以是抽象類或介面，包含了添加、刪除、獲取子組件等公共方法。

葉子組件（Leaf）：表示組合中的葉子節點對象，沒有子節點，實現了抽象組件的介面。

容器組件（Composite）：表示組合中的容器節點對象，可以包含葉子節點和其他容器節點，實現了抽象組件的介面，包含了管理子組件的方法。

客戶端（Client）：使用組合模式的客戶端，通過抽象組件的介面操作組合中的對象，不需要知道具體的葉子節點和容器節點的實現。

其中，抽象組件是組合模式的核心，定義了組合中對象的通用介面，使得葉子節點和容器節點可以一視同仁，客戶端通過抽象組件的介面操作組合中的對象，實現了組合模式的透明性。

4 實現步驟

實現組合模式時，通常需要遵循以下步驟：

創建一個抽象的 Component 介面，定義了組合對象和葉對象的公共介面，包括添加、刪除、獲取子組件等方法。

創建具體的 Leaf 類，實現 Component 介面，表示葉對象。

創建具體的 Composite 類，實現 Component 介面，表示組合對象。在 Composite 類中，通常會維護一個子對象列表，用於存儲包含的子組件。

在客戶端代碼中，可以創建組合對象和葉對象，然後以一致的方式操作它們，無需關心它們的具體類型。

5 代碼實現（java）

以下是一個簡單的 Java 代碼示例，演示了組合模式的實現：

// Step 1: Component interface
interface Component {
    void operation();
}

// Step 2: Leaf class
class Leaf implements Component {
    private String name;

    public Leaf(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("Leaf: " + name);
    }
}

// Step 3: Composite class
class Composite implements Component {
    private List<Component> children = new ArrayList<>();

    public void add(Component component) {
        children.add(component);
    }

    public void remove(Component component) {
        children.remove(component);
    }

    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("Composite:");
        for (Component component : children) {
            component.operation();
        }
    }
}

// Step 4: Client code
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // Create leaf objects
        Leaf leaf1 = new Leaf("File1.txt");
        Leaf leaf2 = new Leaf("File2.txt");
        Leaf leaf3 = new Leaf("File3.txt");
        Leaf leaf4 = new Leaf("File4.txt");

        // Create composite objects
        Composite folderA = new Composite();
        Composite folderB = new Composite();

        // Add leaf objects to folderA and folderB
        folderA.add(leaf1);
        folderA.add(leaf2);
        folderA.add(leaf3);
        folderB.add(leaf4);

        // Add folderB to folderA
        folderA.add(folderB);

        // Perform operations
        folderA.operation();
    }
}

6 典型應用場景

組合模式在以下場景中經常被使用：

菜單和菜單項：菜單通常由菜單項組成，菜單項可以是葉節點，也可以是包含其他菜單項的菜單。使用組合模式可以方便地構建菜單的層次結構。

組織結構：組織結構通常由部門和員工組成，部門可以包含其他部門或員工，形成樹狀結構。使用組合模式可以方便地管理組織結構的層次關係。

圖形界面控制項：圖形界面通常由控制項組成，控制項可以是容器控制項，也可以是按鈕、文本框等基本控制項。使用組合模式可以方便地構建複雜的圖形界面。

訂單和訂單項：訂單通常由訂單項組成，訂單項可以是商品或服務，也可以是其他訂單。使用組合模式可以方便地管理訂單的層次結構。

7 優缺點

優點：

可以方便地處理樹形結構，將葉子節點和容器節點一視同仁，簡化了客戶端的操作。增加新的組件也很容易，只需要實現抽象組件的介面即可。可以使客戶端代碼更加簡潔，不需要考慮葉子節點和容器節點的具體實現。符合開閉原則，可以很方便地擴展組合中的對象。

缺點：

可能會導致設計過度，增加了系統的複雜性。可能會降低系統的性能，因為需要遞歸遍歷整個樹形結構。可能會使設計變得抽象，不太容易理解和維護。

總之，組合模式適用於需要處理樹形結構的場景，可以使代碼更加簡潔，符合開閉原則，但也需要註意不要過度設計，以及可能會降低系統的性能

8 類似模式

組合模式與以下模式有一定的相似性：

裝飾者模式（Decorator Pattern）：裝飾者模式和組合模式都是通過組合對象來實現功能的。但裝飾者模式註重對單個對象的功能進行擴展，而組合模式註重對整個對象結構進行操作。

迭代器模式（Iterator Pattern）：迭代器模式和組合模式都可以用於處理集合對象。迭代器模式通過提供一個迭代器對象來遍歷集合，而組合模式可以用於構建樹形結構的集合。

訪問者模式（Visitor Pattern）：訪問者模式和組合模式都可以用於處理樹形結構。但訪問者模式註重對樹形結構中的節點進行操作，而組合模式註重對整個對象結構進行操作。

這些模式之間的聯繫在於它們都涉及到對象的組合和操作，但關註點和應用場景有所不同。組合模式主要用於處理樹形結構，將葉子節點和容器節點一視同仁，簡化了操作。而其他模式則更加註重對單個對象或集合對象的功能擴展、遍歷和操作。

9 小結

組合模式是一種有助於構建部分-整體層次結構的設計模式，允許客戶端以一致的方式處理單個對象和組合對象。它的核心思想是將對象組織成樹形結構，其中葉對象表示單個元素，而組合對象表示包含其他對象的容器。通過使用組合模式，可以更容易地管理複雜的結構，並使代碼更加靈活和可擴展。但在使用時需要註意性能和介面的一致性問題。