在軟件開發過程中，我們經常會遇到處理簡單對象和復合對象的情況，例如對操作系統中目錄的處理就是這樣的一個例子，因為目錄可以包括單獨的文件，也可以包括文件夾，文件夾又是由文件組成的，由於簡單對象和復合對象在功能上區別，導致在操作過程中必須區分簡單對象和復合對象，這樣就會導致客戶調用帶來不必要的麻煩，然而作為客戶，它們希望能夠始終一致地對待簡單對象和復合對象。然而組合模式就是解決這樣的問題。下面讓我們看看組合模式是怎樣解決這個問題的。
組合模式允許你將對象組合成樹形結構來表現”部分-整體“的層次結構，使得客戶以一致的方式處理單個對象以及對象的組合。下面我們用繪制的例子來詳細介紹組合模式，圖形可以由一些基本圖形元素組成如直線，圓等），也可以由一些復雜圖形組成由基本圖形元素組合而成），為了使客戶對基本圖形和復雜圖形的調用保持一致，我們使用組合模式來達到整個目的。
組合模式實現的最關鍵的地方是——簡單對象和復合對象必須實現相同的接口。這就是組合模式能夠將組合對象和簡單對象進行一致處理的原因。
介紹完組合模式的定義之後，讓我們以圖形的例子來實現組合模式，具體代碼如下：
// 通過一些簡單圖形以及一些復雜圖形構建圖形樹來演示組合模式
// 客戶端調用
class Client
{
static void Main(string[] args)
{
ComplexGraphics complexGraphics = new ComplexGraphics("一個復雜圖形和兩條線段組成的復雜圖形");
complexGraphics.Add(new Line("線段A"));
ComplexGraphics CompositeCG = new ComplexGraphics("一個圓和一條線組成的復雜圖形");
CompositeCG.Add(new Circle("圓"));
CompositeCG.Add(new Circle("線段B"));
complexGraphics.Add(CompositeCG);
Line l = new Line("線段C");
complexGraphics.Add(l);
// 顯示復雜圖形的畫法
Console.WriteLine("復雜圖形的繪制如下：");
Console.WriteLine("---------------------");
complexGraphics.Draw();
Console.WriteLine("復雜圖形繪制完成");
Console.WriteLine("---------------------");
Console.WriteLine();
// 移除一個組件再顯示復雜圖形的畫法
complexGraphics.Remove(l);
Console.WriteLine("移除線段C後，復雜圖形的繪制如下：");
Console.WriteLine("---------------------");
complexGraphics.Draw();
Console.WriteLine("復雜圖形繪制完成");
Console.WriteLine("---------------------");
Console.Read();
}
}
/// <summary>
/// 圖形抽象類，
/// </summary>
public abstract class Graphics
{
public string Name { get; set; }
public Graphics(string name)
{
this.Name = name;
}
public abstract void Draw();
public abstract void Add(Graphics g);
public abstract void Remove(Graphics g);
}
/// <summary>
/// 簡單圖形類——線
/// </summary>
public class Line : Graphics
{
public Line(string name)
: base(name)
{ }
// 重寫父類抽象方法
public override void Draw()
{
Console.WriteLine("畫 " + Name);
}
// 因為簡單圖形在添加或移除其他圖形，所以簡單圖形Add或Remove方法沒有任何意義
// 如果客戶端調用了簡單圖形的Add或Remove方法將會在運行時拋出異常
// 我們可以在客戶端捕獲該類移除並處理
public override void Add(Graphics g)
{
throw new Exception("不能向簡單圖形Line添加其他圖形");
}
public override void Remove(Graphics g)
{
throw new Exception("不能向簡單圖形Line移除其他圖形");
}
}
/// <summary>
/// 簡單圖形類——圓
/// </summary>
public class Circle : Graphics
{
public Circle(string name)
: base(name)
{ }
// 重寫父類抽象方法
public override void Draw()
{
Console.WriteLine("畫 " + Name);
}
public override void Add(Graphics g)
{
throw new Exception("不能向簡單圖形Circle添加其他圖形");
}
public override void Remove(Graphics g)
{
throw new Exception("不能向簡單圖形Circle移除其他圖形");
}
}
/// <summary>
/// 復雜圖形，由一些簡單圖形組成,這裡假設該復雜圖形由一個圓兩條線組成的復雜圖形
/// </summary>
public class ComplexGraphics : Graphics
{
private List<Graphics> complexGraphicsList = new List<Graphics>();
public ComplexGraphics(string name)
: base(name)
{ }
/// <summary>
/// 復雜圖形的畫法
/// </summary>
public override void Draw()
{
foreach (Graphics g in complexGraphicsList)
{
g.Draw();
}
}
public override void Add(Graphics g)
{
complexGraphicsList.Add(g);
}
public override void Remove(Graphics g)
{
complexGraphicsList.Remove(g);
}
}由於基本圖形對象不存在Add和Remove方法，上面實現中直接通過拋出一個異常的方式來解決這樣的問題的，但是我們想以一種更安全的方式來解決——因為基本圖形根本不存在這樣的方法，我們是不是可以移除這些方法呢？為了移除這些方法，我們就不得不修改Graphics接口，我們把管理子對象的方法聲明放在復合圖形對象裡面，這樣簡單對象Line、Circle使用這些方法時在編譯時就會出錯，這樣的一種實現方式我們稱為安全式的組合模式，然而上面的實現方式稱為透明式的組合模式，下面讓我們看看安全式的組合模式又是怎樣實現的，具體實現代碼如下：
/// 安全式的組合模式
/// 此方式實現的組合模式把管理子對象的方法聲明在樹枝構件ComplexGraphics類中
/// 這樣如果葉子節點Line、Circle使用了Add或Remove方法時，就能在編譯期間出現錯誤
/// 但這種方式雖然解決了透明式組合模式的問題，但是它使得葉子節點和樹枝構件具有不一樣的接口。
/// 所以這兩種方式實現的組合模式各有優缺點，具體使用哪個，可以根據問題的實際情況而定
class Client
{
static void Main(string[] args)
{
ComplexGraphics complexGraphics = new ComplexGraphics("一個復雜圖形和兩條線段組成的復雜圖形");
complexGraphics.Add(new Line("線段A"));
ComplexGraphics CompositeCG = new ComplexGraphics("一個圓和一條線組成的復雜圖形");
CompositeCG.Add(new Circle("圓"));
CompositeCG.Add(new Circle("線段B"));
complexGraphics.Add(CompositeCG);
Line l = new Line("線段C");
complexGraphics.Add(l);
// 顯示復雜圖形的畫法
Console.WriteLine("復雜圖形的繪制如下：");
Console.WriteLine("---------------------");
complexGraphics.Draw();
Console.WriteLine("復雜圖形繪制完成");
Console.WriteLine("---------------------");
Console.WriteLine();
// 移除一個組件再顯示復雜圖形的畫法
complexGraphics.Remove(l);
Console.WriteLine("移除線段C後，復雜圖形的繪制如下：");
Console.WriteLine("---------------------");
complexGraphics.Draw();
Console.WriteLine("復雜圖形繪制完成");
Console.WriteLine("---------------------");
Console.Read();
}
}
/// <summary>
/// 圖形抽象類，
/// </summary>
public abstract class Graphics
{
public string Name { get; set; }
public Graphics(string name)
{
this.Name = name;
}
public abstract void Draw();
// 移除了Add和Remove方法
// 把管理子對象的方法放到了ComplexGraphics類中進行管理
// 因為這些方法只在復雜圖形中才有意義
}
/// <summary>
/// 簡單圖形類——線
/// </summary>
public class Line : Graphics
{
public Line(string name)
: base(name)
{ }
// 重寫父類抽象方法
public override void Draw()
{
Console.WriteLine("畫 " + Name);
}
}
/// <summary>
/// 簡單圖形類——圓
/// </summary>
public class Circle : Graphics
{
public Circle(string name)
: base(name)
{ }
// 重寫父類抽象方法
public override void Draw()
{
Console.WriteLine("畫 " + Name);
}
}
/// <summary>
/// 復雜圖形，由一些簡單圖形組成,這裡假設該復雜圖形由一個圓兩條線組成的復雜圖形
/// </summary>
public class ComplexGraphics : Graphics
{
private List<Graphics> complexGraphicsList = new List<Graphics>();
public ComplexGraphics(string name)
: base(name)
{ }
/// <summary>
/// 復雜圖形的畫法
/// </summary>
public override void Draw()
{
foreach (Graphics g in complexGraphicsList)
{
g.Draw();
}
}
public void Add(Graphics g)
{
complexGraphicsList.Add(g);
}
public void Remove(Graphics g)
{
complexGraphicsList.Remove(g);
}
}看完了上面兩者方式的實現之後，讓我們具體看看組合模式的類圖來理清楚組合模式中類之間的關系。
透明式的組合模式類圖：
安全式組合模式的類圖：
組合模式中涉及到三個角色：
抽象構件Component）角色：這是一個抽象角色，上面實現中Graphics充當這個角色，它給參加組合的對象定義出了公共的接口及默認行為，可以用來管理所有的子對象在透明式的組合模式是這樣的）。在安全式的組合模式裡，構件角色並不定義出管理子對象的方法，這一定義由樹枝結構對象給出。
樹葉構件Leaf）角色：樹葉對象時沒有下級子對象的對象，上面實現中Line和Circle充當這個角色，定義出參加組合的原始對象的行為
樹枝構件Composite）角色：代表參加組合的有下級子對象的對象，上面實現中ComplexGraphics充當這個角色，樹枝對象給出所有管理子對象的方法實現，如Add、Remove等。
優點：
組合模式使得客戶端代碼可以一致地處理對象和對象容器，無需關系處理的單個對象，還是組合的對象容器。
將”客戶代碼與復雜的對象容器結構“解耦。
可以更容易地往組合對象中加入新的構件。
缺點：使得設計更加復雜。客戶端需要花更多時間理清類之間的層次關系。這個是幾乎所有設計模式所面臨的問題）。
注意的問題：
有時候系統需要遍歷一個樹枝結構的子構件很多次，這時候可以考慮把遍歷子構件的結構存儲在父構件裡面作為緩存。
客戶端盡量不要直接調用樹葉類中的方法在我上面實現就是這樣的，創建的是一個樹枝的具體對象，應該使用GraphicscomplexGraphics = new ComplexGraphics("一個復雜圖形和兩條線段組成的復雜圖形");），而是借用其父類Graphics）的多態性完成調用，這樣可以增加代碼的復用性。
在以下情況下應該考慮使用組合模式：
需要表示一個對象整體或部分的層次結構。
希望用戶忽略組合對象與單個對象的不同，用戶將統一地使用組合結構中的所有對象。
組合模式在.NET 中最典型的應用就是應用與WinForms和Web的開發中，在.NET類庫中，都為這兩個平台提供了很多現有的控件，然而System.Windows.Forms.dll中System.Windows.Forms.Control類就應用了組合模式，因為控件包括Label、TextBox等這樣的簡單控件，同時也包括GroupBox、DataGrid這樣復合的控件，每個控件都需要調用OnPaint方法來進行控件顯示，為了表示這種對象之間整體與部分的層次結構，微軟把Control類的實現應用了組合模式確切地說應用了透明式的組合模式）。
到這裡組合模式的介紹就結束了，組合模式解耦了客戶程序與復雜元素內部結構，從而使客戶程序可以向處理簡單元素一樣來處理復雜元素。
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