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组合模式

约 1873 字大约 6 分钟

2025-07-08

组合模式将对象组合成树形结构，以表示‘部分-整体’的层次结构。

在组合模式，客户端访问独立对象和组合对象（或称对象集合）一样。

独立对象是一个有特定功能的对象，它不引用其他任何其他对象。

组合对象则是一个提供相似功能对象的集合，主要用来管理独立对象，并为客户端提供和独立对象一样的访问方式。

接下来，我们就以目录和文件来举例，利用它们的一个相同的功能“查看大小”来举例。

1. 问题

在文件系统中，我们有文本文件、图片文件、视频文件等类型的文件。

它们格式不同，但都有容量大小。

现在，我们创建文本和图片文件两个类，且各自有固定的大小。

（实际当然不是如此，这里举例所以简化处理。）

接着，我们要获取文件和目录的大小。

首先是文件：

abstract class File
{
    abstract function getSize();
}

class TextFile extends File
{
    public function getSize()
    {
        return 2;
    }
}

class ImageFile extends File
{
    public function getSize()
    {
        return 100;
    }
}

这样，在创建文本或图片对象后，就可以通过getSize()方法获取到它们的大小。

然后，我们创建一个目录类，它可以把文件组合起来：

class Dir
{
    private $files = [];

    // 传入参数必须为File文件对象
    public function addFile(File $file)
    {
        $this->files[] = $file;
    }

    public function getSize()
    {
        $size = 0;
        foreach ($this->files as $file) {
            $size += $file->getSize();
        }

        return $size;
    }
}

然后，我们就可以计算目录的大小，它等于目录下所有文件大小之和。

例如，这个目录加入一个文本文件，一个图片文件，那么这个目录大小就是：102。

当然，如果问题一直这样简单的话，那么这个模型还是非常令人满意的。

但是，如果有一些新的需求加入会怎样？

比如，要在目录中再加一层目录，那么Dir类就需要变成：

class NewDir
{
    private $files = [];
    private $dirs = [];

    public function addFile(File $file)
    {
        $this->files[] = $file;
    }

    public function addDir(NewDir $newDir) {
        $this->dirs = $newDir;
    }

    public function getSize()
    {
        $size = 0;
        foreach ($this->files as $file) {
            $size += $file->getSize();
        }

        foreach ($this->dirs as $dir) {
            $size += $dir->getSize();
        }

        return $size;
    }
}

是不是比之前又复杂了些？

这还不算，我们还需要修改原来的类，可能无意间又影响原来的功能 。

另外，如果我们现在要计算多级子目录的大小、或者从目录中删除目录，是不是还需要修改原有类？

显然，这个模型无法实现这些复杂的功能，我们需要一个更加灵活的模型。

2. 组合模式

组合模式的解决方法是，用抽象类规范统一的对外接口。

然后，让文件类和目录类实现这个接口，并在目录类中递归计算文件的大小。

同时，目录类比文件类两个方法：add()和remove()，用以管理文件对象。

这样，目录类就能用同样的方式获取自身的大小。

并且，还能灵活从目录总增删子目录和文件。

2.1 接口

接口用于规范独立对象和组合对象，保证能够对外提供一致性的使用方法。

这里以getName()和getSize()方法为例：

/**
 * 规范独立对象和组合对象必须实现的方法，保证它们提供给客户端统一的
 * 访问方式
 */
abstract class Filesystem
{
    protected $name;

    public function __construct($name)
    {
        $this->name = $name;
    }

    public abstract function getName();
    public abstract function getSize();
}

其中，__construct构建函数用于传入文件或目录名称，并非必须。

这个接口中规范的方法要根据需求来定义，并且同时要考虑独立对象拥有的功能。

如果独立对象之间有差异的功能，不适合聚合在一起，则不能放在组合类中。

2.2 目录类

目录类是对象集合，通过add()和remove()方法管理文件对象和其他目录对象。

目录类也需要实现抽象类中的方法，以提供给客户端一致性的使用方式。

/**
 * 目录类
 */
class Dir extends Filesystem
{
    private $filesystems = [];

    // 组合对象必须实现添加方法。因为传入参数规定为Filesystem类型，
    // 所以目录和文件都能添加
    public function add(Filesystem $filesystem)
    {
        $key = array_search($filesystem, $this->filesystems);
        if ($key === false) {
            $this->filesystems[] = $filesystem;
        }
    }

    // 组合对象必须实现移除方法
    public function remove(Filesystem $filesystem)
    {
        $key = array_search($filesystem, $this->filesystems);
        if ($key !== false) {
            unset($this->filesystems[$key]);
        }
    }

    public function getName()
    {
        return '目录：' . $this->name;
    }

    public function getSize()
    {
        $size = 0;
        foreach ($this->filesystems as $filesystem) {
            $size += $filesystem->getSize();
        }

        return $size;
    }
}
2.3 文件类

文件类实现具体的功能，但是没有add()和remove()方法。

/**
 * 独立对象：文本文件类
 */
class TextFile extends Filesystem
{
    public function getName()
    {
        return '文本文件：' . $this->name;
    }

    public function getSize()
    {
        return 10;
    }
}

/**
 * 独立对象2：图片文件类
 */
class ImageFile extends Filesystem
{
    public function getName()
    {
        return '图片：' . $this->name;
    }

    public function getSize()
    {
        return 100;
    }
}

/**
 * 独立对象：视频文件类
 */
class VideoFile extends Filesystem
{
    public function getName()
    {
        return '视频：'. $this->name;
    }

    public function getSize()
    {
        return 200;
    }
}

组合模式中，组合对象必须在合适的地方提供独立对象的管理方法，如：add()、remove()等。

组合模式分为安全模式和透明模式，这是根据接口中是否包含管理对象的方法来区分的。

上面的例子我们举例的是安全模式，在接口中没有声明add()和remove()方法管理方法。

这样有一个缺点：组合对象和独立对象不具有相同的接口，客户端调用需要做相应的判断，带来了不便。

另外一种是透明模式，在接口中就声明add()和remove()方法。

这样所有的实现类都具备了add()和remove()，好处就是组合对象和独立对象具有一致的接口。

但问题也很明显，因为独立对象不具备add()、remove()方法的功能，所以实现他是没有意义的。

不管那种模式，都根据实际需要来配置。

2.4 客户端

然后，我们就可以在客户端中使用这个程序。

例如，我们要构建这样一个 文件目录结构：（点击展开）
  • home
  • ├─text1.txt
  • ├─bg1.png
  • ├─film1.mp4
  • ├─source
  • │ ├─text2.txt

代码就是：

// 创建home目录，并加入三个文件
$dir = new Dir('home');
$dir->add(new TextFile('text1.txt'));
$dir->add(new ImageFile('bg1.png'));
$dir->add(new VideoFile('film1.mp4'));

// 在home下创建子目录source
$subDir = new Dir('source');
$dir->add($subDir);

// 创建一个text2.txt，并放到子目录source中
$text2 = new TextFile('text2.txt');
$subDir->add($text2);

// 打印信息
echo $text2->getName(), '-->', $text2->getSize();
echo '<br />';
echo $subDir->getName(), ' --> ',$subDir->getSize();
echo '<br />';
echo $dir->getName(), ' --> ', $dir->getSize();

可以看到，文件对象（独立对象）获取名称用getName()方法，目录对象（组合对象）用的也是getName()方法。

同样，获取大小用的也都是getSize()方法。

输出的结果为：

文本文件：text2.txt-->10 目录：source --> 10 目录：home --> 320

3 特点

在组合模式中，组合对象和独立对象必须实现一个接口。

其中，组合对象必须包含添加和删除节点对象。

组合模式通过和装饰模式有着类似的结构图，但是组合模式旨在构造类，而装饰模式重在不生成子类即可给对象添加职责。

并且，装饰模式重在修饰，而组合模式重在表示。

贡献者

sreio

更新日志

2025/7/8 02:36
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