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设计模式每日硬核训练 Day 14：组合模式（Composite Pattern）完整讲解与实战应用

news 2025/4/28 8:01:24

🔄 回顾 Day 13：桥接模式小结

在 Day 13 中，我们学习了桥接模式（Bridge Pattern）：

用于将“抽象”与“实现”分离，适用于双维度变化场景（如图形类型 × 渲染方式）。
它强调组合替代继承，解决类爆炸问题，提升系统可扩展性。

今天我们进入一个构建层级结构的重要模式——组合模式（Composite Pattern）。

组合模式的目标是：让你以一致的方式对待单个对象和对象集合（树形结构）。

一、组合模式的核心动机

✅ 什么是组合模式？

组合模式用于构建树状结构的对象系统，例如：

文件夹包含文件和子文件夹
UI 容器包含多个控件
公司组织结构：员工 ← 部门 ← 公司

核心哲学：

将对象组成树形结构，客户端可以“统一操作”叶子节点与中间节点。

二、UML 结构图

+----------------+
|   Component    |<------------------------------+
+----------------+                               |
| +operation()   |                               |
+----------------+                               |/\                                        |/  \                                       |
+-------------------+     +---------------------+ |
|  Leaf             |     |  Composite           | |
+-------------------+     +---------------------+ |
| +operation()      |     | +add(Component*)     | || +remove(Component*)  | || +operation()         | |+---------------------+ |

在这里插入图片描述

三、角色说明

角色	职责说明
Component	抽象类，统一接口
Leaf	叶子节点，实现具体功能，不含子节点
Composite	组合节点，内部维护子组件列表

四、C++ 实现：文件系统结构

✅ 抽象组件接口

class FileSystemNode {
public:virtual void display(int depth = 0) = 0;virtual ~FileSystemNode() = default;
};

✅ 叶子节点：文件

class File : public FileSystemNode {std::string name_;
public:File(const std::string& name) : name_(name) {}void display(int depth = 0) override {std::cout << std::string(depth, '-') << name_ << std::endl;}
};

✅ 组合节点：文件夹

class Directory : public FileSystemNode {std::string name_;std::vector<std::unique_ptr<FileSystemNode>> children_;public:Directory(const std::string& name) : name_(name) {}void add(std::unique_ptr<FileSystemNode> node) {children_.emplace_back(std::move(node));}void display(int depth = 0) override {std::cout << std::string(depth, '-') << name_ << "/" << std::endl;for (const auto& child : children_) {child->display(depth + 2);}}
};

✅ 使用示例

int main() {auto root = std::make_unique<Directory>("root");root->add(std::make_unique<File>("file1.txt"));auto subDir = std::make_unique<Directory>("subdir");subDir->add(std::make_unique<File>("file2.txt"));subDir->add(std::make_unique<File>("file3.txt"));root->add(std::move(subDir));root->display();return 0;
}

输出：

root/
--file1.txt
--subdir/
----file2.txt
----file3.txt

五、组合模式适用场景

场景	对象树结构说明
操作系统文件系统	文件 + 文件夹，操作接口统一
图形界面控件	窗口、容器、按钮、文本框构成控件树
公司组织架构	CEO → 部门主管 → 员工
报表结构层级	表头、表体、表尾、字段
HTML DOM 树	节点 + 元素 + 属性

六、优点与缺点总结

✅ 优点：

统一接口，客户端无差别调用
树结构天然适合层次建模
扩展方便，添加新节点只需实现 Component

❗ 缺点：

违背接口隔离原则：叶子节点和组合节点共用接口，部分函数空实现
调试复杂，结构越深越难定位问题

七、与装饰器 / 责任链等模式对比

模式	核心区别	类似点
Composite	结构树形，有聚合子对象	Component 接口统一
Decorator	功能增强，包裹单一对象	接口一致、动态组合
Chain	责任链传递，节点决定是否继续传递	多节点连接，共同参与处理