Python设计模式详解之8 —— 组合模式

在软件开发中，Composite（组合）设计模式是一种结构型模式，它允许你将对象组合成树形结构来表示“部分-整体”的层次结构。它使得客户端可以以一致的方式对待单个对象和组合对象，从而实现了对树状结构的透明操作。

何时使用 Composite 模式

• 需要表示对象的树形结构。
• 希望客户端可以一致地对待单个对象和对象的组合。

Composite 模式结构图

      +------------------+        +-------------------+
      |    Graphic       |<>------|   CompositeGraphic|
      +------------------+        +-------------------+
               ^                             ^
               |                             |
      +------------------+         +------------------+
      |     Circle       |         |   Rectangle      |
      +------------------+         +------------------+

核心组成部分

1. Component（组件）：定义了叶子和组合对象的公共接口。
2. Leaf（叶子节点）：表示树的叶子节点，不包含子节点。
3. Composite（组合对象）：表示有子节点的节点，并实现对其子节点的操作。

Python 实现示例

from abc import ABC, abstractmethod

# Component 接口
class Graphic(ABC):
    @abstractmethod
    def render(self):
        pass

# Leaf 节点
class Circle(Graphic):
    def render(self):
        print("Rendering a Circle")

class Rectangle(Graphic):
    def render(self):
        print("Rendering a Rectangle")

# Composite 节点
class CompositeGraphic(Graphic):
    def __init__(self):
        self._children = []

    def add(self, graphic):
        self._children.append(graphic)

    def remove(self, graphic):
        self._children.remove(graphic)

    def render(self):
        print("Rendering a Composite Graphic")
        for child in self._children:
            child.render()

# 客户端代码
circle1 = Circle()
circle2 = Circle()
rectangle = Rectangle()

composite = CompositeGraphic()
composite.add(circle1)
composite.add(rectangle)

nested_composite = CompositeGraphic()
nested_composite.add(circle2)
nested_composite.add(composite)

nested_composite.render()

代码解释

• Graphic 是抽象基类，定义了公共接口 render()。
• Circle 和 Rectangle 是叶子节点，具体实现了 render()。
• CompositeGraphic 是组合节点，可以包含子节点并递归调用 render()，实现树形结构。

输出

Rendering a Composite Graphic
Rendering a Circle
Rendering a Rectangle
Rendering a Composite Graphic
Rendering a Circle
Rendering a Rectangle

优点

• 简化了客户端代码，客户端无需关心是处理单个对象还是组合对象。
• 提高了系统的可扩展性，可以轻松添加新的叶子或组合对象。

缺点

• 如果设计不当，可能会导致系统复杂化。
• 叶子和组合对象的行为可能存在差异，实现一致性需要额外注意。

Composite 模式非常适合需要以层次结构组织数据的场景，例如图形编辑器、文件系统等。