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Composite模式与透明访问聚合约束机制

研究

作者：刘鹏远王得军靳延安

来源：《科技创业月刊》2013年第9期

刘鹏远１王得军２靳延安１

（１湖北经济学院信息管理学院湖北武汉４３０２０５２湖北工业大学计算机学

院湖北武汉４３７０００）

摘要：在ＧｏＦ模式中，Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ复合模式是结构型、对象类型的设计模式。

但经典Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ模式未能较好解决聚合约束的问题。文章提出了一种改进方案，一

方面与透明访问机制结合，使得Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ模式优点能得到最大化利用，另一方面深

入分析了透明访问机制的缺陷，提出了改进的引入聚合约束的整体方法，使得能够在一个统一

的类图中同时表达复杂继承和复杂聚合的逻辑关系。

关键词：ＧｏＦ模式；Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ模式；聚合约束；透明访问

中图分类号：ＴＰ３１１

文献标识码：Ａ

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１３．０9．０68

１透明访问机制

继承使得客户能以统一的基类形式访问所有派生类，让客户程序能透明地、无障碍地访问

不同层次的类，这是面向对象语言提供继承机制的主要意图，也是接口替换原则的要求。

图１是一棵与动物相关的透明继承树，在最高层的抽象类“动物”定义了适用于所有动物

的接口，让所有动物都能用一种类型的指针或引用来针对抽象编程。图中“动物”接口定义了

“叫”与“听”两个纯虚函数，“鸟”和“狗”这两种派生子类给予了各自实现。

透明继承树虽然方便了客户使用，但有着几点缺陷：

①显然狗并不会飞，虽然可以对“狗∷飞”设计为输出“对不起，我不会飞”，但本就不

应存在的狗：飞这样的函数，这有职责不清的嫌疑；②如果动物种类较多，而每种动物的特定

行为都抽象出来放到接口中的话，这个抽象类就变得非常庞大。合适的设计是在透明访问和职

责分配间找到平衡，将接口分散到不同层次的抽象类中去，形成图２所示的职责清晰的继承树。

２标准Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ模式

当一个系统中的对象需要组合成树形结构以表达整体与部分的层次关系时，就可以使用Ｃ

ｏｍｐｏｓｉｔｅ复合模式。在复合模式的继承树中，叶子对象在整体和部分的聚合关系中是

简单的被聚合对象，复合（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）对象则可以聚合该集成树上任何非抽象类的

对象实例，从这个角度来说，复合模式是一种自己包含自己的递归结构。

图３给出了标准Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ模式的结构图：

对Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ类，如果它定义有：①ａｄｄ：注册到聚合对象的方法；②ｒｅｍ

ｏｖｅ：从聚合对象卸载的方法；③叶子对象和复合对象其它共有接口。

客户就能通过Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ抽象类，透明访问所有的叶子对象和复合对象。但如果

有些类还有着自己的特有方法（非虚方法）时，就只能以本类或派生类（ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ

特有方法）的某种形式（指针、引用或对象）而不能使用接口编程访问（ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ

访问属性则派生类内部可访问）。

一种错误访问：Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ*ｐ＝ｎｅｗＬｅａｆ（）；ｐ－＞ｌｅａｆＦ

ｕｎｃ１（）；

错误在于，ｌｅａｆＦｕｎｃ１是Ｌｅａｆ类非虚的特有方法，*ｐ类型中并没有定义该方

法，编译时静态绑定会失败。要想继续访问子类特有方法，应改为：

Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ*ｐ＝ｎｅｗＬｅａｆ（）；（Ｌｅａｆ*）ｐ－＞ｌｅａｆＦ

ｕｎｃ１（）；

不幸的是，这种类型转换具有一定的运行期风险，再比如：

Ａｎｉｍａｌ*ｐ＝ｎｅｗＤｏｇ（）；（Ｂｉｒｄ*）ｐ－＞ｆｌｙ（）；

ｐ本是指向Ｄｏｇ的指针，但强转为Ｂｉｒｄ*去访问“飞”的方法，静态编译绑定能通过

（有Ｂｉｒｄ：：ｆｌｙ函数），但会发生运行期错误甚至程序崩溃。换句话说，要强转前，

先明确它是否确实指向一个该类型的对象实例。在运行时判断对象类型以及安全类型转换。

图４和图１本质上一样，将方法都集中定义于Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ接口，不同的是有三个

复合类和四个叶子类且各自有着继承层次，每个复合类可聚合其它任意复合对象或叶子对象实

例，因此也是一种可透明访问整棵继承树的透明复合方式，抽象类Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ中必须

定义所有派生类需要的方法（或接口），既包括ａｄｄ、ｒｅｍｏｖｅ等与聚合关系相关的方

法，也包括叶子对象和复合对象