组合模式通过统一接口处理树形结构，适用于文件系统等“部分-整体”场景，其核心由Component、Leaf和Composite构成，实现递归操作与统一调用。
在C++中处理树形结构时，组合模式（Composite Pattern）是一种非常自然且高效的设计模式选择。它允许你将对象组合成树形结构来表示“部分-整体”的层次结构，同时使得客户端可以统一地处理单个对象和组合对象。这种模式特别适用于文件系统、组织架构、ui控件树等具有递归层级关系的场景。
组合模式的核心结构
组合模式主要由三个角色构成：
- Component（组件）：定义统一接口，声明操作（如添加、删除、遍历），可以是抽象类或接口。
- Leaf（叶子）：表示树的终端节点，不包含子节点，实现Component接口但不支持添加子节点。
- Composite（容器）：包含子节点的组合对象，维护子组件列表，并实现添加、删除、遍历等操作。
通过这个结构，客户端无需区分处理的是叶子还是容器，统一调用接口即可。
实际代码示例：文件系统模拟
以下是一个用C++实现的简单文件系统示例，展示如何用组合模式处理树形结构：
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#include <iostream> #include <vector> #include <String> <p>// 抽象组件类 class FileSystemComponent { public: virtual ~FileSystemComponent() = default; virtual void display(int depth = 0) const = 0; virtual long long size() const = 0; };</p><p>// 叶子类：文件 class File : public FileSystemComponent { private: std::string name; long long fileSize;</p><p>public: File(const std::string& n, long long size) : name(n), fileSize(size) {}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>void display(int depth = 0) const override { std::string indent(depth * 2, ' '); std::cout << indent << "? " << name << " (" << fileSize << " bytes)n"; } long long size() const override { return fileSize; }
};
// 容器类：目录 class Directory : public FileSystemComponent { private: std::string name; std::vector<FileSystemComponent*> children;
public: Directory(const std::string& n) : name(n) {}
void add(FileSystemComponent* component) { children.push_back(component); } void remove(FileSystemComponent* component) { children.erase( std::remove(children.begin(), children.end(), component), children.end() ); } void display(int depth = 0) const override { std::string indent(depth * 2, ' '); std::cout << indent << "? " << name << "n"; for (const auto& child : children) { child->display(depth + 1); } } long long size() const override { long long total = 0; for (const auto& child : children) { total += child->size(); } return total; }
};
使用示例：
int main() { Directory root("Root"); Directory docs("Documents"); Directory pics("Pictures"); <pre class='brush:php;toolbar:false;'>File f1("report.docx", 1024); File f2("photo.jpg", 2048); File f3("notes.txt", 128); docs.add(&f1); docs.add(&f3); pics.add(&f2); root.add(&docs); root.add(&pics); root.display(); // 层级打印 std::cout << "Total size: " << root.size() << " bytesn"; return 0;
}
优势与适用场景
组合模式在处理树形结构时具备以下优点：
- 统一接口：客户端无需判断对象类型，简化调用逻辑。
- 递归结构天然支持：容易实现遍历、统计、渲染等操作。
- 易于扩展：新增节点类型不影响现有代码。
常见应用场景包括：
- 文件系统路径管理
- 图形界面控件树（如窗口包含按钮、面板）
- 组织架构或部门树
- 菜单与子菜单系统
基本上就这些。组合模式通过统一抽象屏蔽了树形结构的复杂性，让C++开发者能更专注于业务逻辑而非结构判断。只要存在“整体-部分”关系，且需要统一操作，组合模式就是一种简洁有力的解决方案。
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