设计模式之组合模式¶

一个人几乎可以在任何他怀有无限热忱的事情上成功。

Author：李东阳

1、什么是组合模式¶

内容¶

将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

角色¶

抽象组件（Component）
叶子组件（Leaf）
复合组件（Composite）
客户端（Client）

实际应用场景¶

组织结构：组合模式可以用于表示公司的组织结构，将公司分成多个部门，每个部门又包含多个小组，每个小组又包含多个员工。
文件系统：组合模式可以用于表示文件系统的层次结构，将文件系统分成多个文件夹，每个文件夹又包含多个子文件夹和文件。
图形用户界面：组合模式可以用于表示图形用户界面中的控件层次结构，将界面分成多个面板，每个面板又包含多个子控件。
产品配置：组合模式可以用于表示产品配置的层次结构，将产品分成多个组件，每个组件又包含多个子组件。
电子商务：组合模式可以用于表示电子商务网站中的商品分类，将商品分成多个分类，每个分类又包含多个子分类和商品。

2、组合模式的实现¶

from abc import ABCMeta, abstractmethod


# 抽象组件基类 接口
class Graphic(metaclass=ABCMeta):
    @abstractmethod
    def draw(self):
        pass


# 叶子节点：不可再分，最底层
class Point(Graphic):
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def __str__(self):
        return f"点（{self.x},{self.y})"

    def draw(self):
        print(str(self))


# 复合节点：两个点p1、p2是线的子节点
class Line(Graphic):
    def __init__(self, p1, p2):
        self.p1 = p1
        self.p2 = p2

    def __str__(self):
        return f"线段（{self.p1},{self.p2})"

    def draw(self):
        print(str(self))


# 顶层复合节点：所有传入的iterable对象都是Picture对象子节点
class Picture(Graphic):
    def __init__(self, iterable):
        # 初始化对象时遍历iterable向Picture添加对象
        self.children = []
        for elem in iterable:
            self.add(elem)

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

    def draw(self):
        # 遍历运行每个对象的draw方法
        for elem in self.children:
            elem.draw()


# 客户端
if __name__ == "__main__":
    # 组合pic1的树形对象组合
    p1 = Point(0, 0)
    l1 = Line(Point(1, 1), Point(2, 2))
    l2 = Line(Point(3, 3), Point(4, 4))
    pic1 = Picture([p1, l1, l2])

    # 组合pic2的树形对象组合
    p2 = Point(5, 5)
    l3 = Line(Point(6, 6), Point(7, 7))
    pic2 = Picture([p2, l3])

    # 组合pic树形对象组合
    pic = Picture([pic1, pic2])
    # 递归的调用各个子对象的draw方法
    pic.draw()
##########################################
# 输出：
点（0,0)
线段（点（1,1),点（2,2))
线段（点（3,3),点（4,4))
点（5,5)
线段（点（6,6),点（7,7))

# 可以看出，虽然我们是写了三个类，但是由于这三个类都实现了同接口，所以用户在使用这些类时会体会到他们的一致性

3、总结¶

优点¶

简化代码结构：通过将对象组合成树状结构，可以避免使用大量的if/else或switch语句来处理不同的对象类型，从而简化了代码结构。
增强代码可扩展性和可维护性：当需要添加新的节点类型时，只需要创建新的类实现相同的接口即可，而不需要修改现有的代码。这样可以增强代码的可扩展性和可维护性。
提高代码复用性：由于所有节点实现相同的接口，因此可以在不同的组合中重复使用相同的节点。
可以透明地处理组合对象和单个对象：客户端代码可以像处理单个对象一样处理组合对象和单个对象，无需关心对象的具体类型，从而实现了透明性。
可以提高代码的灵活性：由于组合模式中的对象都实现相同的接口，因此可以灵活地组合不同的对象实现不同的功能。

缺点¶

可能会导致设计过度复杂：当对象层次结构较为复杂时，使用组合模式可能会导致设计过度复杂，从而增加代码的维护成本。
可能会影响性能：由于组合模式需要遍历整个对象树才能执行某些操作，因此可能会影响程序的性能。
可能会限制对象的类型：由于组合模式要求所有节点实现相同的接口，因此可能会限制对象的类型。如果某些节点需要特定的方法或属性，则需要在接口中定义这些方法或属性，从而增加了接口的复杂度。