C++设计模式之组合模式详解

傍晚的微风

452人浏览 · 2025-10-18 19:32:59

傍晚的微风 · 2025-10-18 19:32:59 发布

组合模式（Composite Pattern）是一种结构型设计模式，它允许将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"的层次关系。这种模式使得客户端对单个对象和组合对象的使用具有一致性，无需区分处理单个对象还是整个对象树。

组合模式的核心角色

抽象组件（Component）：定义叶子节点和组合节点的共同接口
叶子节点（Leaf）：表示树形结构中的叶子对象，没有子节点
组合节点（Composite）：表示包含子节点的复合对象，可以是叶子节点或其他组合节点

组合模式的实现示例

下面以"文件系统"为例展示组合模式的实现，文件系统由文件（叶子节点）和文件夹（组合节点）组成，文件夹可以包含文件或其他文件夹：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <memory>

// 抽象组件：文件系统节点
class FileSystemComponent {
protected:
    std::string name;

public:
    FileSystemComponent(const std::string& componentName) : name(componentName) {}
    virtual ~FileSystemComponent() = default;

    // 纯虚函数：显示节点信息
    virtual void display(int depth = 0) const = 0;
    
    // 虚函数：添加子节点（默认不实现，叶子节点会忽略）
    virtual void add(std::shared_ptr<FileSystemComponent> component) {
        // 空实现，叶子节点不支持添加操作
    }
    
    // 虚函数：移除子节点（默认不实现）
    virtual void remove(const std::string& componentName) {
        // 空实现，叶子节点不支持移除操作
    }
};

// 叶子节点：文件
class File : public FileSystemComponent {
private:
    int size;  // 文件大小（KB）

public:
    File(const std::string& fileName, int fileSize)
        : FileSystemComponent(fileName), size(fileSize) {}

    // 显示文件信息
    void display(int depth = 0) const override {
        std::string indent(depth, '-');
        std::cout << indent << "文件: " << name << " (" << size << "KB)" << std::endl;
    }

    // 文件不支持添加子节点，重写为空实现
    void add(std::shared_ptr<FileSystemComponent> component) override {}
    
    // 文件不支持移除子节点
    void remove(const std::string& componentName) override {}
};

// 组合节点：文件夹
class Folder : public FileSystemComponent {
private:
    // 存储子节点（可以是文件或其他文件夹）
    std::vector<std::shared_ptr<FileSystemComponent>> children;

public:
    Folder(const std::string& folderName) : FileSystemComponent(folderName) {}

    // 显示文件夹信息及所有子节点
    void display(int depth = 0) const override {
        std::string indent(depth, '-');
        std::cout << indent << "文件夹: " << name << std::endl;
        
        // 递归显示所有子节点，深度+1
        for (const auto& child : children) {
            child->display(depth + 2);
        }
    }

    // 添加子节点
    void add(std::shared_ptr<FileSystemComponent> component) override {
        children.push_back(component);
    }

    // 移除子节点
    void remove(const std::string& componentName) override {
        for (auto it = children.begin(); it != children.end(); ++it) {
            if ((*it)->name == componentName) {
                children.erase(it);
                std::cout << "已移除: " << componentName << std::endl;
                return;
            }
        }
        std::cout << "未找到: " << componentName << std::endl;
    }
};

// 客户端使用
int main() {
    // 创建文件
    auto readme = std::make_shared<File>("readme.txt", 10);
    auto image = std::make_shared<File>("photo.jpg", 2048);
    auto data = std::make_shared<File>("data.csv", 512);
    
    // 创建子文件夹
    auto docsFolder = std::make_shared<Folder>("文档");
    docsFolder->add(std::make_shared<File>("报告.docx", 1024));
    docsFolder->add(std::make_shared<File>("简历.pdf", 2048));
    
    // 创建主文件夹并添加内容
    auto mainFolder = std::make_shared<Folder>("我的文件");
    mainFolder->add(readme);
    mainFolder->add(image);
    mainFolder->add(docsFolder);
    
    // 显示整个文件系统结构
    std::cout << "=== 初始文件系统结构 ===" << std::endl;
    mainFolder->display();
    
    // 移除一个文件并添加新文件
    mainFolder->remove("photo.jpg");
    mainFolder->add(data);
    
    // 显示更新后的结构
    std::cout << "\n=== 更新后的文件系统结构 ===" << std::endl;
    mainFolder->display();
    
    return 0;
}