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如何在组合模式中使用 flatMap 实现递归扁平化

碧海醫心

碧海醫心

发布时间:2026-01-30 15:57:11

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来源于php中文网

原创

如何在组合模式中使用 flatMap 实现递归扁平化

本文介绍如何通过在组合模式(composite pattern)中定义递归 `leaves()` 流方法,结合 `flatmap` 实现任意深度嵌套 box 结构的扁平化,避免静态上下文错误,并正确统计所有叶子节点。

在组合模式中,Box 作为统一接口,其子类 Leaf(叶子节点)和 BoxContainer(容器节点)需共同支持“遍历所有终端元素”的能力。直接对 List 调用 stream().flatMap(List::stream) 失败的根本原因在于:List::stream 是实例方法引用,而 allBoxes 是实例字段,不能在非静态上下文中以静态方式被 flatMap 直接解析——更关键的是,该写法仅做单层展开,无法处理多层嵌套(如 BoxContainer 内含 BoxContainer),违背了递归扁平化的设计目标。

正确的解法是将扁平化逻辑提升至接口契约层面:在 Box 接口中声明一个返回 Stream 的抽象方法,强制所有实现类提供自己的展开策略:

interface Box {
    String getColor();
    String getState();
    Stream leaves(); // ✅ 统一递归入口
}

Leaf 类作为终端节点,只需自身构成单元素流:

class Leaf implements Box {
    private final String color, state;

    public Leaf(String color, String state) {
        this.color = color;
        this.state = state;
    }

    @Override
    public String getColor() { return color; }
    @Override
    public String getState() { return state; }
    @Override
    public Stream leaves() {
        return Stream.of(this); // ✅ 自身即叶子
    }
}

BoxContainer 则利用 flatMap 递归委托给每个子节点的 leaves() 方法,天然支持任意嵌套深度:

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class BoxContainer implements Box {
    private final List allBoxes = new ArrayList<>();
    private final String color, state;

    public BoxContainer(Box... boxes) {
        allBoxes.addAll(Arrays.asList(boxes));
        // 注意:此处 color/state 可按业务逻辑设定(如取首个子项或默认值)
        this.color = "composite";
        this.state = "mixed";
    }

    @Override
    public String getColor() { return color; }
    @Override
    public String getState() { return state; }
    @Override
    public Stream leaves() {
        return allBoxes.stream().flatMap(Box::leaves); // ✅ 递归展开:每层调用子节点的 leaves()
    }
}

此时,无论结构是 BoxContainer(Leaf, Leaf, BoxContainer(Leaf, BoxContainer(Leaf))) 还是更深嵌套,均可一键获取全部叶子节点:

Box root = new BoxContainer(
    new Leaf("red", "fresh"),
    new Leaf("white", "dry"),
    new BoxContainer(
        new Leaf("black", "dry"),
        new BoxContainer(new Leaf("green", "fresh"))
    )
);

long leafCount = root.leaves().count(); // → 4
List allLeaves = root.leaves().toList(); // Java 16+,或 collect(Collectors.toList())

⚠️ 注意事项:

  • 不要尝试在 BoxContainer 中维护 List 的“扁平化缓存”,这会破坏组合模式的开闭原则且易导致状态不一致;
  • 若需获取所有 Box(含中间容器),可额外定义 Stream boxes() 方法,但 leaves() 应始终只返回终端对象;
  • flatMap(Box::leaves) 能正常编译,是因为 Box::leaves 是函数式接口方法引用(接受 Box 实例并调用其 leaves()),而非对 List 静态方法的误用。

这种设计不仅解决了原始的 Non-static method cannot be referenced from a static context 编译错误,更体现了组合模式的核心思想:容器与叶子对客户端透明,统一通过接口递归操作

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