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主题： Composite样式
副题： Whole-Part关系
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v 1. 从Whole-part关系谈起
v 2.简单的Whole-part关系
v 3.递归式Whole-part关系
v 4.以VB落实Composite样式
1. 从Whole-part关系谈起
回想传统的软件师﹐常甚专注于撰写程序(procedure) 来处理某些资料(data)﹐较少关心软件的整体结构(architecture)。在现在的OO软件中﹐把资料及其相关的程序结合在一起﹐封装(encapsulate) 在对象之中。软件师在使用对象时﹐通常把对象视为黑箱(black-box) ﹐不会关心于对象内部之细节﹔因之能专注于对象之间的关系。软件师的主要工作﹐就是在于建立对象之间的互助合作(collaboration) 关系﹐为对象安排应尽之角色(role)﹐至于对象内部之细节﹐反而不顶重要。如此﹐可让软件师着重于软件的整体架构上﹐而不会一头栽进程序的执行细节之中。这避免了见树不见林的缺点﹐放宽了软件师的眼界﹐为软件的多用途(reusability) 及弹性(flexibility) 着想﹐可创造长寿的软件﹗
对象之间的常见关系有许多种﹐其中之一就是Whole-part关系。像一朵花是由花蕊、花瓣、衬叶等所构成的﹐这朵花是个「整体」(Whole)﹐而花蕊、花瓣等则是这整体的「一部分」(part)。再如﹐下图的Windows画面上﹐Form1 对象包含着3 个控制对象(control) ﹐这些控制对象成为Form1 的一部分。因之﹐Form1 是个整体﹐而各控制对象则是Form1 对象的一部分。
图1 、Form1 对象包含3 个控制对象
我们可使用UML图形表示为﹕
图2、Whole-part关系与继承关系
这图包括了Whole-part关系﹐以及继承关系。
● 菱形 符号表示Whole-part关系﹔就是Form1 对象可包含有数个control 对象。
● 箭头 符号表示继承关系﹔就是control 对象可细分为数个种类。
本文专注于Whole-part关系﹐为Composite样式建立基础。Whole-part关系可分为两种﹕
◎「部分」对象之个数是确定的。例如﹐1 辆汽车含有1 个方向盘﹐1 个Form对象含有1 个抬头(caption) 对象﹐1 只青蛙有4 条腿等等。在这种确定情形﹐可视为下述「可变」情形的特例。
◎「部分」对象之个数是可变的。例如﹐1 个Form对象内含多个控制对象﹐1 棵树含有成千上万叶子﹐1 位学生的成绩单上列有各科目的成绩等等。这种Whole-part关系通常得藉集合(collection)对象来表达之﹐如VB 的ArrayList对象就可派上用场了。
2. 简单的Whole-part关系
最单纯的Whole-part关系就是某对象「内含」(contain) 其它对象。例如﹐
s 1 张订单上面列示着多个采购的产品项目
s 1 支棒球队拥有数字教练及多位球员
s 学生的成绩单上印有多项成绩
s 1 篇文章是由许多句子所组成
s 屏幕上的选择表(menu)内含数个选择项
s 1 份考卷包含数十道考题
......
就拿订单(order form)的例子来说﹐订单上常列有多个采购项目(order line)。
图3、 订单的例子
每个采购项目通常包括有产品名称、采购数量、金额等。为了简单起见﹐假设采购项目只含产品名称及金额两个项目﹐可藉UML图表示「订单」与「采购项目」之间的Whole-part关系﹐如下图所示﹕
图4、以UML表达简单的Whole-part关系
在以VB落实这个UML模式时，则可藉VB的ArrayList集合对象来实作(implement)「订单」与「采购项目」之间的Whole-part关系﹐如下图所示﹕
图5、以UML表达简单的Whole-part关系
现在的VB软件师需要很习惯于掌握这种Whole-part关系﹐且常藉集合对象来表示之。请看实际的VB程序﹐其中定义Order 及OrderLine 两个类别﹕
'ex01.bas
Imports System.ComponentModel
Imports System.Drawing
Imports System.WinForms
Imports System.Collections
'----------------------------------------------------
Class OrderLine
Private pname As String
Private amt As Double
Public Sub New(ByVal na As String, ByVal am As Double)
pname = na
amt = am
End Sub
Public Function Name() As String
Name = pname
End Function
Public Function Amount() As Double
Amount = amt
End Function
End Class
Class Order
Private OrderID As String
Private lines As ArrayList
Public Sub New(ByVal id As String)
OrderID = id
lines = New ArrayList()
End Sub
Public Sub AddLine(ByVal ln As OrderLine)
lines.Add(ln)
End Sub
Public Function Amount() As Double
Dim total As Double = 0
Dim ln As OrderLine
For Each ln In lines
total = total + ln.Amount()
Next
Amount = total
End Function
Public Function getOrderID() As String
getOrderID = OrderID
End Function
End Class
'------------------------------------------------------------------------
Public Class Form1
Inherits System.WinForms.Form
Public Sub New()
MyBase.New()
Form1 = Me
'This call is required by the Win Form Designer.
InitializeComponent()
'TODO: Add any initialization after the InitializeComponent() call
End Sub
'Form overrides dispose to clean up the component list.
Public Overrides Sub Dispose()
MyBase.Dispose()
components.Dispose()
End Sub
#Region " Windows Form Designer generated code "
......
#End Region
Protected Sub Form1_Click(ByVal sender As Object, ByVal
e As System.EventArgs)
Dim ord As New Order("Order777")
Dim pline As OrderLine
pline = New OrderLine("Pencil", 88.25)
ord.AddLine(pline)
pline = New OrderLine("Ballpen", 110.5)
ord.AddLine(pline)
Messagebox.Show(ord.getOrderID + "'s amount = " + str(ord.Amount()))
End Sub
End Class
此程序输出：
Order777's cost = 198.75
在Order 类别中定义了lines变量﹐其型态ArrayList﹐表示lines将可代表1 个ArrayList之对象﹐其本质上就是lines变量，内含一个参考值﹐参考到ArrayList之对象。在Order类别的建构程序 ---- New()里，诞生了ArrayList对象﹐并将参考值存入lines里。各程序之定义如下﹕
Order 类别的Amount()程序计算出该订单的总金额。AddLine() 则在订单上新增一个采购项目。在Form1_Click()中﹐ord 对象内含一个lines集合对象﹐它容纳2 个OrderLine对象。如此就表达了订单与采购项目之间的Whole-part关系了。
上述程序相当于 -----
'ex02.bas
Imports System.ComponentModel
Imports System.Drawing
Imports System.WinForms
Imports System.Collections
'----------------------------------------------------
Class Order
Class OrderLine
Public pname As String
Public amt As Double
End Class
Private OrderID As String
Private lines As ArrayList
Public Sub New(ByVal id As String)
OrderID = id
lines = New ArrayList()
End Sub
Public Sub AddLine(ByVal pna As String, ByVal am As Double)
Dim ln As OrderLine
ln = New OrderLine()
ln.pname = pna
ln.amt = am
lines.Add(ln)
End Sub
Public Function Amount() As Double
Dim total As Double = 0
Dim ln As OrderLine
For Each ln In lines
total = total + ln.amt
Next
Amount = total
End Function
Public Function getOrderID() As String
getOrderID = OrderID
End Function
End Class
'-----------------------------------------------------
Public Class Form1
Inherits System.WinForms.Form
Public Sub New()
MyBase.New()
Form1 = Me
'This call is required by the Win Form Designer.
InitializeComponent()
'TODO: Add any initialization after the InitializeComponent() call
End Sub
'Form overrides dispose to clean up the component list.
Public Overrides Sub Dispose()
MyBase.Dispose()
components.Dispose()
End Sub
#Region " Windows Form Designer generated code "
......
#End Region
Protected Sub Form1_Click(ByVal sender As Object, ByVal e As System.EventArgs)
Dim ord As New Order("Order777")
ord.AddLine("Pencil", 88.25)
ord.AddLine("Ballpen", 110.5)
Messagebox.Show(ord.getOrderID + "'s amount = " + str(ord.Amount()))
End Sub
End Class
此程序输出：
Order777's cost = 198.75
3. 递归式Whole-part关系
Whole-part关系内含别的Whole-part关系﹐且允许有多层次的Whole-part关系﹐通称为递归式的Whole-part关系。在自然界中常见这种关系﹐例如﹐树叶是树的一部分﹐但树叶又是个整体﹐其内含着叶脉、叶绿素等「部分」对象。
图6、自然界的多层次Whole-part关系
在企业界﹐最典型的例子是「对象结构表」（bill of material简称BOM）﹐如下﹕
图7、企业物料表(BOM)的Whole-part关系
乍看之下，这些结构似乎很复杂﹐但从这些图形中﹐可看出这些对象可依其角色而分为两类﹕
1. Leaf对象。如上图里的「白色」类别之对象﹐它们不具有Whole 之角色﹐只具有part之角色。这通称为「基本组件」(primitive component) 。
2. Composite 对象。如上图中的「灰色」类别之对象﹐它们具有Whole之角色﹐也可能具有part之角色。这通称为「复合组件」(composite component) 。
因之﹐只需定义两个类别──Leaf及Composite 类别即行。
4. 以VB落实Composite样式
上述递归Whole-part关系是很常见的﹐是软件设计师惯用的手艺。因之﹐在Gamma 的"Design Patterns" 一书〔注1 〕中﹐也将之收录为重要的「样式」(Pattern) 之1。 该书所画的样式结构图如下图：
图8、Composite样式
这样式建议我们应定义Add() 、Remove()和GetChild()三个基本的可再定义的(overridable) 程序﹐以及其它的程序。专家们把这表示法视为样式﹐就意谓着﹕这是专家们所认为最理想的表达方式。现在﹐实际以依循这个样式来表达上述BOM 结构，必须定义下述类别：
u Part类别 ----- 对应到Component
u PiecePart类别 ----- 对应到Leaf
u AssemblyPart类别 ----- 对应到Composite
再将之落实为VB程序，如下：
'ex03.bas
Imports System.ComponentModel
Imports System.Drawing
Imports System.WinForms
Imports System.Collections
'----------------------------------------------------
Interface IPart
Sub Add(ByVal p As IPart)
Function GetChild(ByVal n As Integer) As IPart
Function Cost() As Double
Function Name() As String
End Interface
Class Part
Private pname As String
Protected Sub New(ByVal na As String)
pname = na
End Sub
Protected Function getName() As String
getName = pname
End Function
End Class
Class PiecePart
Implements IPart
Inherits Part
Private pcost As Double
Public Sub New(ByVal na As String, ByVal c As Double)
MyBase.New(na)
pcost = c
End Sub
Public Sub Add(ByVal p As IPart) Implements IPart.Add
MessageBox.Show("Parts do not have Subparts")
End Sub
Public Function SubPart(ByVal n As Integer) As IPart Implements IPart.GetChild
SubPart = Nothing
End Function
Public Function Cost() As Double Implements IPart.Cost
Cost = pcost
End Function
Public Function Name() As String Implements IPart.Name
Name = MyBase.getName()
End Function
End Class
Class AssemblyPart
Implements IPart
Inherits Part
Private children As ArrayList
Public Sub New(ByVal na As String)
MyBase.New(na)
children = New ArrayList()
End Sub
Public Sub Add(ByVal p As IPart) Implements IPart.Add
children.Add(p)
End Sub
Public Function SubPart(ByVal n As Integer) As IPart Implements IPart.GetChild
Dim obj As Object
obj = children.Item(n)
SubPart = CType(obj, IPart)
End Function
Public Function Cost() As Double Implements IPart.Cost
Dim sum As Double
Dim ps As IPart
sum = 0
For Each ps In children
sum = sum + ps.Cost()
Next
Cost = sum
End Function
Public Function Name() As String Implements IPart.Name
Name = MyBase.getName()
End Function
End Class
'-----------------------------------------------------
Public Class Form1
Inherits System.WinForms.Form
Public Sub New()
MyBase.New()
Form1 = Me
'This call is required by the Win Form Designer.
InitializeComponent()
'TODO: Add any initialization after the InitializeComponent() call
End Sub
'Form overrides dispose to clean up the component list.
Public Overrides Sub Dispose()
MyBase.Dispose()
components.Dispose()
End Sub
#Region " Windows Form Designer generated code "
......
#End Region
Protected Sub Form1_Click( ByVal sender As Object, ByVal
e As System.EventArgs )
Dim aly1, aly2, p1, p2 As IPart
Dim ps As IPart
aly1 = New AssemblyPart("bulb")
p1 = New PiecePart("body", 88.25)
aly1.Add(p1)
p1 = New PiecePart("head", 100.5)
aly1.Add(p1)
aly2 = New AssemblyPart("light")
aly2.Add(aly1)
p1 = New PiecePart("cover", 10)
aly2.Add(p1)
Messagebox.Show(aly2.Name() + "'s cost = " + str(aly2.Cost()))
p1 = aly2.GetChild(0)
Messagebox.Show(p1.Name + "'s cost = " + str(p1.Cost()))
p2 = aly2.GetChild(1)
Messagebox.Show(p2.name + "'s cost = " + str(p2.Cost()))
p2 = p1.GetChild(0)
Messagebox.Show(p2.Name + "'s cost = " + str(p2.Cost()))
End Sub
End Class
此程序输出： light's cost = 198.75
bulb's cost = 188.75
cover's cost = 10
body's cost = 88.25
PiecePart 代表最下层的基本对象。而AssemblyPart则代表中层的半成品对象组件﹐或代表成品。Part为一个抽象类别，定义PiecePart与AssemblyPart类别的共同部份（包括属性和行为），供PiecePart与AssemblyPart子类别来继承之。此外，提供一个接口IPart给Client使用，以封装Part、PiecePart和AssemblyPart类别，创造Part、PiecePart和AssemblyPart类别的弹性调整空间，这是非常重要的。
Form1_Click()程序建立了有关「汽车车灯」的对象结构表﹕
图8、VB程序所诞生的对象关系图
p1 = aly2.GetChild(0)取出「灯泡」小对象﹐并由p1代表这个小对象。p2 = p1.GetChild(0) 取出「灯帽」小对象﹐并由p2代表之。依上述之样式﹐可表达出无限层次的递归式Whole-part关系。
为了让软件能永续生存下去﹐必须特别重视软件的组织与其整体架构(architecture)。于是﹐设计软件时，必须专注于对象之间的互助合作关系。一旦建立了理想的关系﹐就可以让对象之间互相传递讯息、互相沟通了。例如﹐Form1 对象传送Cost讯息给aly2对象﹐aly2对象就依循ArrayList对象所建立的关系来将Cost讯息递给内含之各小对象。当各小对象回报其成本金额﹐aly2将之累计再传送回到Form1 对象﹐然后显示在窗口画面上。此刻﹐相信您已经进一步了解Whole-part关系﹐善用ArrayList集合类别来表达之，并更会运用VB来落实样式，创造出更美好的软件。■
[注1] Erich Gamma,Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software, Addition-Wesley, 1995.
