VB.Net中文教程(2) Composite樣式

教程|中文 1. 從Whole-part關係談起
回想傳統的軟體師﹐常甚專註於撰寫程式(procedure) 來處理某些資料(data)﹐較少關心軟體的整體結構(architecture)。在現在的OO軟體中﹐把資料及其相關的程式結合在一起﹐封裝(encapsulate) 在對象之中。軟體師在使用對象時﹐通常把對象視為黑箱(black-box) ﹐不會關心於對象內部之細節﹔因之能專註於對象之間的關係。軟體師的主要工作﹐就是在於建立對象之間的互助合作(collaboration) 關係﹐為對象安排應盡之角色(role)﹐至於對象內部之細節﹐反而不頂重要。如此﹐可讓軟體師著重於軟體的整體架構上﹐而不會一頭栽進程式的執行細節之中。這避免了見樹不見林的缺點﹐放寬了軟體師的眼界﹐為軟體的多用途(reusability) 及彈性(flexibility) 著想﹐可創造長壽的軟體﹗
對象之間的常見關係有許多種﹐其中之一就是Whole-part關係。像一朵花是由花蕊、花瓣、襯葉等所構成的﹐這朵花是個「整體」(Whole)﹐而花蕊、花瓣等則是這整體的「一部分」(part)。再如﹐下圖的Windows畫面上﹐Form1 對象包含著3 個控制對象(control) ﹐這些控制對象成為Form1 的一部分。因之﹐Form1 是個整體﹐而各控制對象則是Form1 對象的一部分。


圖1 、Form1 對象包含3 個控制對象

我們可使用UML圖形表示為﹕

圖2、Whole-part關係與繼承關係

這圖包括了Whole-part關係﹐以及繼承關係。
● 菱形 符號表示Whole-part關係﹔就是Form1 對象可包含有數個control 對象。
● 箭頭 符號表示繼承關係﹔就是control 對象可細分為數個種類。

本文專註於Whole-part關係﹐為Composite樣式建立基礎。Whole-part關係可分為兩種﹕
◎「部分」對象之個數是確定的。例如﹐1 輛汽車含有1 個方向盤﹐1 個Form對象含有1 個抬頭(caption) 對象﹐1 只青蛙有4 條腿等等。在這種確定情形﹐可視為下述「可變」情形的特例。
◎「部分」對象之個數是可變的。例如﹐1 個Form對象內含多個控制對象﹐1 棵樹含有成千上萬葉子﹐1 位學生的成績單上列有各科目的成績等等。這種Whole-part關係通常得藉集合(collection)對象來表達之﹐如VB 的ArrayList對象就可派上用場了。


2. 簡單的Whole-part關係

最單純的Whole-part關係就是某對象「內含」(contain) 其它對象。例如﹐
s 1 張訂單上面列示著多個採購的產品項目
s 1 支棒球隊擁有數字教練及多位球員
s 學生的成績單上印有多項成績
s 1 篇文章是由許多句子所組成
s 螢幕上的選擇表(menu)內含數個選擇項
s 1 份考卷包含數十道考題
......

就拿訂單(order form)的例子來說﹐訂單上常列有多個採購項目(order line)。


圖3、 訂單的例子

每個採購項目通常包括有產品名稱、採購數量、金額等。為了簡單起見﹐假設採購項目只含產品名稱及金額兩個項目﹐可藉UML圖表示「訂單」與「採購項目」之間的Whole-part關係﹐如下圖所示﹕


圖4、以UML表達簡單的Whole-part關係

在以VB落實這個UML模式時，則可藉VB的ArrayList集合對象來實作(implement)「訂單」與「採購項目」之間的Whole-part關係﹐如下圖所示﹕


圖5、以UML表達簡單的Whole-part關係

現在的VB軟體師需要很習慣於掌握這種Whole-part關係﹐且常藉集合對象來表示之。請看實際的VB程式﹐其中定義Order 及OrderLine 兩個類別﹕

'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

此程式輸出：
Order777's cost = 198.75

在Order 類別中定義了lines變數﹐其型態ArrayList﹐表示lines將可代表1 個ArrayList之對象﹐其本質上就是lines變數，內含一個參考值﹐參考到ArrayList之對象。在Order類別的建構程式 ---- New()裡，誕生了ArrayList對象﹐並將參考值存入lines裡。各程式之定義如下﹕
Order 類別的Amount()程式計算出該訂單的總金額。AddLine() 則在訂單上新增一個採購項目。在Form1_Click()中﹐ord 對象內含一個lines集合對象﹐它容納2 個OrderLine對象。如此就表達了訂單與採購項目之間的Whole-part關係了。
上述程式相當於 -----

'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

此程式輸出：
Order777's cost = 198.75




3. 遞迴式Whole-part關係

Whole-part關係內含別的Whole-part關係﹐且允許有多層次的Whole-part關係﹐通稱為遞迴式的Whole-part關係。在自然界中常見這種關係﹐例如﹐樹葉是樹的一部分﹐但樹葉又是個整體﹐其內含著葉脈、葉綠素等「部分」對象。


圖6、自然界的多層次Whole-part關係

在企業界﹐最典型的例子是「對象結構表」（bill of material簡稱BOM）﹐如下﹕


圖7、企業物料表(BOM)的Whole-part關係

乍看之下，這些結構似乎很複雜﹐但從這些圖形中﹐可看出這些對象可依其角色而分為兩類﹕

1. Leaf對象。如上圖裡的「白色」類別之對象﹐它們不具有Whole 之角色﹐只具有part之角色。這通稱為「基本組件」(primitive component) 。

2. Composite 對象。如上圖中的「灰色」類別之對象﹐它們具有Whole之角色﹐也可能具有part之角色。這通稱為「複合組件」(composite component) 。

因之﹐只需定義兩個類別──Leaf及Composite 類別即行。




4. 以VB落實Composite樣式

上述遞迴Whole-part關係是很常見的﹐是軟體設計師慣用的手藝。因之﹐在Gamma 的"Design Patterns" 一書〔注1 〕中﹐也將之收錄為重要的「樣式」(Pattern) 之1。 該書所畫的樣式結構圖如下圖：


圖8、Composite樣式

這樣式建議我們應定義Add() 、Remove()和GetChild()三個基本的可再定義的(overridable) 程式﹐以及其它的程式。專家們把這標記法視為樣式﹐就意謂著﹕這是專家們所認為最理想的表達方式。現在﹐實際以依循這個樣式來表達上述BOM 結構，必須定義下述類別：
u Part類別 ----- 對應到Component
u PiecePart類別 ----- 對應到Leaf
u AssemblyPart類別 ----- 對應到Composite

再將之落實為VB程式，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

此程式輸出： light's cost = 198.75
bulb's cost = 188.75
cover's cost = 10
body's cost = 88.25

PiecePart 代表最下層的基本對象。而AssemblyPart則代表中層的半成品對象組件﹐或代表成品。Part為一個抽象類別，定義PiecePart與AssemblyPart類別的共同部份（包括屬性和行為），供PiecePart與AssemblyPart子類別來繼承之。此外，提供一個介面IPart給Client使用，以封裝Part、PiecePart和AssemblyPart類別，創造Part、PiecePart和AssemblyPart類別的彈性調整空間，這是非常重要的。
Form1_Click()程式建立了有關「汽車車燈」的對象結構表﹕


圖8、VB程式所誕生的對象關係圖

p1 = aly2.GetChild(0)取出「燈泡」小對象﹐並由p1代表這個小對象。p2 = p1.GetChild(0) 取出「燈帽」小對象﹐並由p2代表之。依上述之樣式﹐可表達出無限層次的遞迴式Whole-part關係。
為了讓軟體能永續生存下去﹐必須特別重視軟體的組織與其整體架構(architecture)。於是﹐設計軟體時，必須專註於對象之間的互助合作關係。一旦建立了理想的關係﹐就可以讓對象之間互相傳遞訊息、互相溝通了。例如﹐Form1 對象傳送Cost訊息給aly2對象﹐aly2對象就依循ArrayList對象所建立的關係來將Cost訊息遞給內含之各小對象。當各小對象回報其成本金額﹐aly2將之累計再傳送回到Form1 對象﹐然後顯示在視窗畫面上。此刻﹐相信您已經進一步瞭解Whole-part關係﹐善用ArrayList集合類別來表達之，並更會運用VB來落實樣式，創造出更美好的軟體。■

[注1] Erich Gamma,Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software, Addition-Wesley, 1995.