[Design Pattern] Composite Pattern - 컴포지트 패턴

Composite Pattern

컴포지트 패턴(Composite Pattern)은 객체를 트리 구조로 구성하여 부분-전체 계층을 구현하는 패턴입니다.

• 이를 통해 클라이언트가 단일 객체와 복합 객체를 동일하게 처리할 수 있습니다.
• 컴포지트 패턴은 구조 패턴(Structural Pattern)의 일종으로, 객체를 그룹으로 묶어 하나의 객체처럼 다룰 수 있게 합니다.
• 컴퓨터의 파일 시스템에서는 Directory 라는 것이 있고, Directory안에는 파일이나 다른 하위 Directory가 있기도 합니다.
• 마치 “상자 안의 상자” 같은 구조, 즉 재귀적 구조를 가집니다.
• Directory 엔트리를 차례대로 조사할 때, 그릇과 내용물을 같은 종류로 취급하면 편리할 수 있습니다.
• 이 그릇을 내용물과 동일시 하여 재귀적인 구조를 만들기 위한 Design Pattern을 Composite Pattern 이라고 합니다.

• Leaf의 역할: leaf는 내용물을 표시하는 역할을 하며 내부에는 다른것을 넣을 수 없습니다.
• Composite의 역할: 그릇을 나타내는 역할을 하며 leaf역할이나 Composite 역할을 넣을 수 있습니다.
• Component의 역할: leaf역할과 Composite 역할을 동일시하기 위한 역할을 하며, component는 leaf역할과 composite 역할에 공통적인 상위 클래스로 실현합니다.

• “Object의 그룹”과 “Object의 Single Instance”가 같은 타입으로 취급되는 패턴입니다.
• Composite Pattern을 통해 Object들을 트리 구조로 구성할 수 있습니다.
• 하나의 Object가 그 Object가 들어있는 Group을 같은 타입으로 취급합니다.
• Group의 네모 칸들은 리스트로 안에 Object가 들어갑니다.
• 이 둘을 같은 타입으로 취급한다는 말은 둘이 같은 interface를 가지고 있다는 뜻입니다.

• Composite Pattern에서는 이러한 Base Interface를 Component, 상속받은 객체를 Leaf, 이를 상속받은 그룹을 Composite이라고 합니다.
• Composite안의 List에는 Component 객체가 들어갑니다.
• Component가 들어갈 수 있다면 이 리스트 안에는 결국 Leaf, Composite 모두 들어갈 수 있습니다. (Component를 상속받은 객체이기 때문입니다.)
• Component를 상속받은 leaf와 composite은 Component와 같은 함수를 가지고 있어야 합니다.

class Component:
    def fn(self):
        pass

class Leaf(Component):
    def fn(self):
        print('leaf')

class Composite(Component):
    def __init__(self):
        self.components = []

    def add(self, component: Component):
        self.components.append(component)

    def fn(self):
        print('composite')
        for component in self.components:
            component.fn()

• Component class
  • Base Interface
  • fn 함수를 가지고 있습니다.
• Leaf class
  • Component를 상속받습니다.
  • fn을 통해 "leaf" 출력합니다.
• Composite class
  • Component를 상속받습니다.
  • Component 객체의 리스트인 components 가 존재합니다.
  • add(): components 리스트에 component 를 추가하는 기능입니다.
  • fn은 "composite" 출력하고 components 리스트 내부에 있는 element 하나씩 불러서 각 개체에 대해 fn 함수를 호출합니다.

composite1 = Composite()
composite2 = Composite()

composite1.add(leaf1)
composite1.add(leaf2)

composite2.add(composite1)

composite2.fn()

• Composite Object인 composite1를 생성합니다.
• 그 안에 Leaf 2개를 삽입합니다.
• Composite Object인 composite0를 생성합니다.
• composite0은 Leaf 1개와 composite1을 소유하고 있습니다.
• 마지막으로 composite0에서 fn 함수를 호출합니다.

composite
leaf
composite
leaf
leaf

• composite0 안에 있는 모든 Object에 대해서 fn함수가 호출된 것을 확인할 수 있습니다.
• 트리 구조에서 루트를 기점으로 함수 fn을 호출하여 그 안에 들어있는 모든 Object에 대해 함수 fn이 호출되는 형태입니다.

Composite Pattern의 장점은 트리구조가 매우 복잡할 때 트리 루트에서 함수 하나만 호출하면 Composite Pattern을 따라서 Leaf까지 그 함수가 자동으로 호출됩니다.

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Composite Pattern Example

class Animal:
    def speak(self):
        pass

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        print("meow")

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        print("bark")

class AnimalGroup(Animal):
    def __init__(self):
        self.animals = []

    def add(self, animal: Animal):
        self.animals.append(animal)

    def speak(self):
        print("group speaking..")
        for animal in self.animals:
            animal.speak()

• Animal class
  • Base Interface
  • speak 함수를 가지고 있스빈다.
• Cat class
  • Animal을 상속받았습니다.
  • speak를 통해 "meow" 를 출력합니다.
• Dog class
  • Animal을 상속 받았습니다.
  • speak를 통해 "bark" 을 출력합니다.
• AnimalGroup class
  • Animal를 상속받았습니다.
  • Animal 객체의 리스트인 animals 이 존재합니다.
  • add(): animals 리스트에 Animal 객체 추가하는 기능입니다.
  • speak(): "group speaking.." 출력하고 animals 리스트 내부에 있는 element 하나씩 불러서 각 개체에 대해 speak 함수를 호출합니다.

# 사용 예시
cat_group = AnimalGroup()
cat_group.add(Cat())
cat_group.add(Cat())
cat_group.add(Cat())

dog_group = AnimalGroup()
dog_group.add(Dog())
dog_group.add(Dog())

zoo = AnimalGroup()
zoo.add(cat_group)
zoo.add(dog_group)

zoo.speak()

• at_group은 AnimalGroup의 객체로 리스트 형태로 구성되어 있습니다.
• add 함수를 통해 Cat 객체 3마리 추가합니다.
• dog_group은 AnimalGroup의 객체로 리스트 형태로 구성되어 있습니다.
• add 함수를 통해 Dog 객체 2마리 추가합니다.
• zoo는 AnimalGroup의 객체로 리스트 형태로 구성되어 있습니다.
• add 함수를 통해 cat_group과 dog_group 을 추가합니다.
• zoo에서 speak() 함수를 호출합니다.

group speaking..
group speaking..
meow
meow
meow
group speaking..
bark
bark

• zoo에서 speak 함수를 호출하여 그 내부에 들어있는 모든 object에 대해서 speak 함수를 호출합니다.

Composite Pattern의 핵심은 Group과 Object가 같은 인터페이스를 제공함으로써 루트에서부터 시작하여 함수가 트리안에 있는 모든 함수로 퍼지는 구조입니다.