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c++如何实现一个组合模式_c++结构型设计模式Composite【树形结构】

穿越時空
发布: 2025-12-16 08:54:46
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组合模式通过Component基类统一Leaf与Composite接口,Leaf专注自身行为,Composite持子节点容器并递归转发操作,客户端无需区分类型即可遍历整棵树。

c++如何实现一个组合模式_c++结构型设计模式composite【树形结构】

组合模式(Composite Pattern)在 C++ 中用于统一处理单个对象和组合对象,让客户端可以一致地对待叶子节点和容器节点——核心是定义一个公共接口,让叶子和组合都实现它,从而形成树形结构。

定义组件基类(Component)

这是整个模式的基石,通常是一个抽象类,声明了所有子类共有的操作(如 addremovegetChildoperation),但只对部分方法提供默认空实现或纯虚函数。关键在于:叶子类可忽略增删子节点操作,组合类才真正实现它们。

  • 用纯虚函数强制子类实现核心行为(如 display()calculate()
  • add()remove() 等非叶子职责的方法可设为虚函数并默认抛异常或空实现,避免叶子类误用
  • 避免在基类中存储子节点容器——那是 Composite 类的事

实现叶子节点(Leaf)

叶子类继承 Component,只关注自身行为,不持有子节点。它不实现 add/remove,也不需要维护子列表。

  • 构造时接收必要数据(如名字、数值等)
  • 重写 operation() 完成具体逻辑(比如打印名称、返回权重)
  • 若调用 add() 等非法操作,可在运行时抛 std::runtime_error 提示“叶子节点不可添加子节点”

实现组合节点(Composite)

组合类也继承 Component,内部持有一个 Component 智能指针容器(如 std::vector<:unique_ptr>>),负责管理子节点并转发操作。

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  • std::unique_ptr 管理生命周期,避免裸指针和内存泄漏
  • add() 把传入的 Component 指针移动进 vector;remove() 可按索引或指针移除
  • operation() 先执行自身逻辑(如打印目录名),再遍历调用每个子节点的 operation()
  • 支持递归深度遍历,天然体现树形结构的“整体-部分”关系

客户端使用方式

客户端只需面向 Component 接口编程,无需区分 Leaf 还是 Composite。

  • 创建根 Composite,逐层 add 子节点(可以是 Leaf,也可以是另一个 Composite)
  • 调用根节点的 operation(),自动触发整棵树的遍历与响应
  • 新增节点类型只需继承 Component 并实现接口,完全符合开闭原则

基本上就这些。组合模式不是为了炫技,而是当你面对菜单栏、文件系统、UI 控件树、表达式语法树这类天然分层的数据时,用一套接口抹平差异,让代码更清晰、扩展更轻松。

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