کار با مجموعه‌ها ( الگوی طراحی Composite)
اندازه‌ی قلم متن
تخمین مدت زمان مطالعه‌ی مطلب: شش دقیقه

یکی از پیچیدگی‌های معمول در کد، کلاسی است که دارای مجموعه‌ای باشد. مشکل اصلی با چنین طراحی این است که تمام عملیات باید از وضعیت مجموعه آگاه باشند. چرا مجموعه‌ها خیلی پیچیده هستند؟
داشتن مجموعه، خود با بسیاری از سوالات همراه است. آیا مجموعه حاوی اشیایی است یا خالی است؟ برخی از توابع تجمعی را نمی‌توان در مجموعه‌های خالی محاسبه کرد. به عنوان مثال Maximum در یک مجموعه خالی تعریف نشده است. بعضی دیگر از توابع تجمعی به این مشکل اهمیت نمی‌دهند، مانند sum و count که هر دوی آنها مقدار صفر را بر میگردانند.
 وقتی یک کلاس مجموعه‌‌ای را کنترل می‌کند، چیزهای زیادی برای فکر کردن وجود دارد. آیا عملیاتی که فراخوانی می‌کنیم ایمن است؟ آیا باید نتیجه قبل از ادامه به نحوی اصلاح شود؟ آیا آن را باید بر روی کل مجموعه تکرار کند و یا بر روی یک عنصر؟ 

با مجموعه‌های موجود چه کاری را باید انجام دهیم؟
کلاس‌هایی که دارای مجموعه هستند، تمایل به رشد دارند. این رشد‌ها هیچ ارتباطی با مسئولیت‌های کلاس ندارند و تنها هدفشان این است که کلاس کار کند. راه حل طبیعی برای این مشکل این است که کلاس جدیدی را تعریف کنیم تا هدف آن نگهداری از مجموعه باشد. این کلاس مسئول فیلتر کردن عناصر، شمارش و اعمال عملیات بر روی عناصر و جمع آوری نتایج هست. هدف نهایی این refactoring، ساده سازی کلاس اصلی و تمرکز بر روی domain model هست.

الگوی طراحی Composite
در بسیاری از موارد، عملیاتی را که بر روی یک شیء قابل تعریف هستند می‌توان بر روی مجموعه‌ای از اشیاء نیز تعریف کرد؛ مانند یک تابع تجمعی که نتیجه‌ای را بر می‌گرداند. این عمل می‌تواند بر روی یک شیء و یا گروهی از اشیاء فراخوانی شود. اگر بتوانیم یک اینترفیس مشترک را بر روی یک عنصر و مجموعه تعریف کنیم، آنگاه می‌توانیم الگوی Composite را بر روی آن اعمال نمائیم.

یک مثال
فرض کنید می‌خواهیم یک نقاش را برای رنگ آمیزی یک خانه استخدام کنیم. نقاش به تعدادی روز نیاز دارد تا کار را تمام کند. اکنون فرض کنید که ما می‌خواهیم چندین نقاش را برای همکاری با هم استخدام کنیم. درنتیجه زمان لازم برای پایان دادن به کار، کوتاه‌تر می‌شود.
پیاده سازی نقاش به صورت زیر است: 
class Painter
{
    private readonly float daysPerHouse;

    public Painter(float daysPerHouse)
    {
        this.daysPerHouse = daysPerHouse;
    }

    public float EstimateDaysToPaint(int houses)
    {
        return houses * daysPerHouse;
    }
}
نقاش فقط خانه‌ها را رنگ می‌کند. برآورد کار نقاشی به این صورت است که تعداد خانه‌ها را با زمانیکه برای هر خانه صرف می‌کند، بدست می‌آوریم.
ما می‌توانیم یک صاحب زمین را معرفی کنیم که این فرد چندین خانه را دارد:
class LandOwner
{
    private readonly Painter painter;
    private readonly int housesCount;

    public LandOwner(Painter painter, int housesCount)
    {
        this.painter = painter;
        this.housesCount = housesCount;
    }

    public void ManageHouses()
    {
        float daysToPaint = this.painter.EstimateDaysToPaint(this.housesCount);
        Console.WriteLine("Painting houses for {0:0.0} day(s).", daysToPaint);
    }
}
صاحب زمین، اشاره‌ای به یک نقاش دارد. هنگام مدیریت خانه‌ها، مالک به نقاش می‌گوید که چقدر زمان لازم است تا تمام خانه‌ها را رنگ کند و مشکلات زمانی آغاز می‌شوند که نقاش نمی‌تواند تمام کارها را در زمان معقولی انجام دهد.به این صورت مالک زمین، نقاشان بیشتری را استخدام می‌کند:
class LandOwner
{
    private readonly IEnumerable<Painter> painters;
    private readonly int housesCount;

    public LandOwner(IEnumerable<Painter> painters, int housesCount)
    {
        this.painters = new List<Painter>(painters);
        this.housesCount = housesCount;
    }
    ...
}
زمان لازم برای رنگ کردن خانه‌ها در شکل زیر نشان داده شده است: 

اکنون مالک زمین مسئولیت انجام این محاسبه را برعهده گرفته است؛ ولی این پیاده سازی کمی پیچیده‌تر می‌شود: 

class LandOwner
{
    private readonly IEnumerable<Painter> painters;
    private readonly int housesCount;
    public LandOwner(IEnumerable<Painter> painters, int housesCount)
    {
        this.painters = new List<Painter>(painters);
        this.housesCount = housesCount;
    }

    private float GetVelocity(Painter painter)
    {
        return painter.EstimateDaysToPaint(1);
    }

    private float GetTotalVelocity()
    {
        float sum = 0;
        foreach (Painter painter in this.painters)
            sum += 1  this.GetVelocity(painter);
        return   sum;
    }

    public void ManageHouses()
    {
        float daysToPaint = this.GetTotalVelocity() * this.housesCount;
        Console.WriteLine("Painting houses for {0:0.0} day(s).", daysToPaint);
    }
}

این پیاده سازی کمی پیچیده‌است؛ اما کار می‌کند و همچنین دارای مشکلاتی است. فرض کنید یکی از نقاشان صاحب شرکت، نقاشی است که نقاشان دیگر را استخدام می‌کند. حتی بدتر از آن این است که اگر شرکت نقاشی، شرکت دیگری را نیز همراه با نقاشان خود، استخدام کند. مالک زمین با سلسله مراتبی چندسطحی از نقاشان روبرو می‌شود. برآورد زمان لازم برای نقاشی خانه‌ها در چنین شرایطی برای مالک زمین دشوار خواهد شد. 


پیاده سازی  Composite

اگر تنها بتوانیم یک اینترفیس عمومی را از یک نقاش، بیرون بکشیم، سازماندهی نقاش‌ها راحت‌تر می‌شود:

interface IPainter
{
    float EstimateDaysToPaint(int houses);
}

مالک زمین دیگر کاری با مجموعه نقاش‌ها ندارد و در حال حاضر تنها یک نقاش انتزاعی را کنترل می‌کند: 

class LandOwner
{
    private readonly IPainter painter;
    private readonly int housesCount;
    public LandOwner(IPainter painter, int housesCount)
    {
        this.painter = painter;
        this.housesCount = housesCount;
    }

    public void ManageHouses()
    {
        float daysToPaint = this.painter.EstimateDaysToPaint(this.housesCount);
        Console.WriteLine("Painting houses for {0:0.0} day(s).", daysToPaint);
    }
}

اینبار مالک زمین فقط ارجاعی را به یک نقاش انتزاعی دارد. از سوی دیگر، کلاس نقاش دست نخورده باقی می‌ماند و تنها رابط IPainter را پیاده سازی می‌کند: 

class Painter: IPainter
{
    ...
}

حالا می‌توانیم نتیجه آن را ببینیم. ما آماده تعریف یک عنصر Composite هستیم که خود و عناصرش، اینترفیس IPainter را پیاده سازی کرده‌اند. 

class PaintingCompany: IPainter
{
    private readonly IEnumerable<IPainter> painters;

    public PaintingCompany(IEnumerable<IPainter> painters)
    {
        this.painters = new List<IPainter>(painters);
    }

    private float GetVelocity(Painter painter)
    {
        return painter.EstimateDaysToPaint(1);
    }

    private float GetTotalVelocity()
    {
        float sum = 0;
        foreach (Painter painter in this.painters)
            sum += 1  this.GetVelocity(painter);
        return   sum;
    }

    public float EstimateDaysToPaint(int houses)
    {
        return this.GetTotalVelocity() * houses;
    }
}

این پیاده سازی شرکت نقاشی است. کد کلاس LandOwner قبلی که وظیفه آن کنترل نقاش‌ها بود، به این کلاس منتقل شده‌است. تفاوت این است که شرکت نقاشی اکنون تعدادی نقاش انتزاعی را مدیریت می‌کند. از انتزاعات می‌توان دو حالت را در نظر گرفت: به صورت تک و یا به صورت گروه. این مورد قدرت نوع انتزاعی است در برنامه نویسی شیء گرا که در اینجا خودش را به صورت یک نقاش و یا گروهی از افراد که با هم کار می‌کنند، نشان می‌دهد.


نتیجه گیری

در این مقاله ما به یک نمونه از الگوی طراحی Composite پرداختیم. با استفاده از الگوی Composite، شیوه‌ای که کلاس‌ها با مجموعه‌ها برخورد می‌کنند، بسیار ساده‌تر شده‌است. کار با مجموعه‌ها، کد را پیچیده‌تر کرده و باعث می‌شود کلاس، کاری بیشتر از مسئولیت‌های خود را انجام دهد که ربطی به آن ندارد.