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组合模式（Composite Pattern）

news 2025/7/3 15:40:01

非常棒！你现在进入了结构型设计模式中最典型的「树形结构」设计模式 —— 组合模式（Composite Pattern）。

我将通过简明解释 + 清晰代码 + 类图演示，一步步帮你理解它。

🧠 一句话定义

组合模式允许你将对象组合成树形结构来表示“整体-部分”的层次结构，客户端对单个对象和组合对象使用一致的方式处理。

🎯 生活类比

你有一个文件夹，里面可以包含：

文件（不可分）
子文件夹（可以再包含文件/子文件夹）

你希望：

✅ 用一样的方式对文件和文件夹进行操作（比如查看大小、遍历等）

这就是组合模式的典型应用！

✅ 为什么需要组合模式？

问题	组合模式的解决
对象和容器对象要统一处理	定义统一接口 Component
容器嵌套容器，不方便操作	用递归统一管理结构
添加层次后代码爆炸	容器类和单元类都实现统一接口，客户端不需要 if 判断

✅ 优点 vs ❌ 缺点

✅ 优点	❌ 缺点
结构灵活，统一管理	容器与单元职责不够明确（都实现统一接口）
客户端统一使用接口	修改会影响所有子类
支持递归组合	对于简单结构显得复杂

🐍 Python 示例：文件系统结构（组合 + 递归）

1️⃣ 抽象组件（统一接口）

from abc import ABC, abstractmethod# 抽象组件（无论是文件还是文件夹，都要实现 show 方法）
class FileSystemComponent(ABC):def __init__(self, name):self.name = name@abstractmethoddef show(self, indent=0):"""显示内容，子类必须实现"""pass

2️⃣ 叶子节点：文件（不可再包含）

class File(FileSystemComponent):def show(self, indent=0):# 打印文件名，加上缩进表示层级print(" " * indent + f"📄 文件: {self.name}")

3️⃣ 容器节点：文件夹（可嵌套）

class Folder(FileSystemComponent):def __init__(self, name):super().__init__(name)self.children = []  # 保存子文件或子文件夹def add(self, component: FileSystemComponent):# 向文件夹添加一个子组件（可能是 File 或 Folder）self.children.append(component)def show(self, indent=0):# 先打印当前文件夹名称（缩进代表层级）print(" " * indent + f"📁 文件夹: {self.name}")# 遍历所有子项，并递归调用每个子项的 show()for child in self.children:child.show(indent + 2)  # 缩进增加两格，表示进入下一层

🧠 一句话总结递归含义：
✅ 文件夹是自包含的容器，调用自己的 .show() 方法时，会再去调用所有子组件的 .show()，直到叶子节点（文件）为止。

4️⃣ 客户端使用

# 创建文件夹结构：根目录 → 文档 & 图片文件夹
root = Folder("根目录")
doc = Folder("文档")
img = Folder("图片")# 添加文件到文档文件夹
doc.add(File("简历.docx"))
doc.add(File("合同.pdf"))# 添加文件到图片文件夹
img.add(File("照片1.jpg"))
img.add(File("照片2.png"))# 构建总结构
root.add(doc)              # 根目录包含文档
root.add(img)              # 根目录包含图片
root.add(File("readme.txt"))  # 根目录包含一个独立文件# 展示结构（递归触发入口）
root.show()

✅ 输出结果：

📁 文件夹: 根目录📁 文件夹: 文档📄 文件: 简历.docx📄 文件: 合同.pdf📁 文件夹: 图片📄 文件: 照片1.jpg📄 文件: 照片2.png📄 文件: readme.txt

✅ 说明：对文件和文件夹使用同样的 .show() 方法，自动递归展示结构。

🧭 清晰完整类图（Mermaid）

🧠 应用场景

应用领域	示例
文件系统	文件和目录统一管理
组织架构	员工和部门层级
UI 组件	按钮、容器、面板等统一渲染
数学表达式树	节点可以是值，也可以是组合表达式