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设计模式：组合模式（Composite Pattern）

news 2025/8/29 12:01:53

文章目录

- 一、组合模式的介绍
- 二、组合模式的结构
- 三、示例代码

一、组合模式的介绍

组合模式是一种结构型设计模式，它将对象组合成树形结构以表示“整体-部分”的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

换句话说：

可以把“一个对象”和“多个对象的组合”统一对待。
客户端代码不需要区分处理的是“叶子节点”还是“容器节点”。

二、组合模式的结构

组合模式一般包含以下角色：

抽象组件（Component）：定义了对象的通用接口，比如 add、remove、display 等。
叶子节点（Leaf）：表示最小的个体对象，没有子节点。
组合节点（Composite）：作为容器，可以包含叶子节点和其他组合节点，实现了 add、remove 等方法。
客户端（Client）：通过组件接口与对象交互，不关心是叶子还是组合。

在这里插入图片描述
优点：

统一了叶子节点和组合节点的接口，客户端使用简单。
可以方便地扩展树结构（新增叶子或组合类）。
符合“开闭原则”。

缺点：

设计更复杂，需要抽象类/接口。
在层次较深时，可能影响性能。

使用场景：

文件系统（文件夹和文件）。
GUI 界面（窗口中包含按钮、文本框等）。
公司组织架构（部门、员工）。
游戏中的场景树（节点包含子节点）。

三、示例代码

假设我们要表示一个文件夹-文件系统：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
using namespace std;// 抽象组件
class FileSystemNode {
public:virtual void show(int depth = 0) const = 0;virtual ~FileSystemNode() = default;
};// 叶子节点：文件
class File : public FileSystemNode {string name;
public:File(const string& n) : name(n) {}void show(int depth = 0) const override {cout << string(depth, '-') << "File: " << name << endl;}
};// 组合节点：文件夹
class Folder : public FileSystemNode {string name;vector<shared_ptr<FileSystemNode>> children;
public:Folder(const string& n) : name(n) {}void add(shared_ptr<FileSystemNode> node) {children.push_back(node);}void show(int depth = 0) const override {cout << string(depth, '-') << "Folder: " << name << endl;for (auto& child : children) {child->show(depth + 2);}}
};// 客户端
int main() {auto root = make_shared<Folder>("root");auto folder1 = make_shared<Folder>("docs");auto folder2 = make_shared<Folder>("images");auto file1 = make_shared<File>("a.txt");auto file2 = make_shared<File>("b.txt");auto file3 = make_shared<File>("photo.jpg");folder1->add(file1);folder1->add(file2);folder2->add(file3);root->add(folder1);root->add(folder2);root->show();return 0;
}

Qt 组合模式示例：自定义 UI 组件树：
我们要实现一个抽象组件 UIComponent，它可以是控件（叶子节点）或容器（组合节点，包含子控件），最终在 Qt 界面上展示。

#include <QApplication>
#include <QWidget>
#include <QPushButton>
#include <QVBoxLayout>
#include <QString>
#include <QDebug>// 抽象组件
class UIComponent {
public:virtual QWidget* widget() = 0; // 返回 Qt 控件virtual void add(UIComponent* comp) { Q_UNUSED(comp); } // 默认不实现virtual ~UIComponent() = default;
};// 叶子节点：具体控件（比如按钮）
class UIButton : public UIComponent {QPushButton* m_button;
public:UIButton(const QString& text) {m_button = new QPushButton(text);}QWidget* widget() override {return m_button;}
};// 组合节点：容器（比如垂直布局的 QWidget）
class UIContainer : public UIComponent {QWidget* m_widget;QVBoxLayout* m_layout;
public:UIContainer(const QString& title = "") {m_widget = new QWidget;m_layout = new QVBoxLayout(m_widget);if (!title.isEmpty()) {m_widget->setWindowTitle(title);}}void add(UIComponent* comp) override {m_layout->addWidget(comp->widget());}QWidget* widget() override {return m_widget;}
};// 客户端
int main(int argc, char *argv[]) {QApplication app(argc, argv);// 根容器UIContainer root("组合模式示例");// 子容器UIContainer* subContainer = new UIContainer;// 按钮（叶子节点）UIButton* btn1 = new UIButton("按钮 A");UIButton* btn2 = new UIButton("按钮 B");UIButton* btn3 = new UIButton("按钮 C");// 组合结构root.add(btn1);subContainer->add(btn2);subContainer->add(btn3);root.add(subContainer);// 显示root.widget()->show();return app.exec();
}