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设计模式：组合模式 Composite

news 2025/8/2 20:14:58

前言

组合是一种结构型设计模式，你可以使用它将对象组合成树状结构，并且能像使用独立对象一样使用它们。

问题

如果应用的核心模型能用树状结构表示，在应用中使用组合模式才有价值。

例如，你有两类对象：产品和盒子。一个盒子中可以包含多个产品或者几个较小的盒子。这些小盒子中同样可以包含一些产品或更小的盒子，以此类推。

假设你希望在这些类的基础上开发一个定购系统。订单中可以包含无包装的简单产品，也可以包含装满产品的盒子……以及其他盒子。此时你会如何计算每张订单的总价格呢？
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你可以尝试直接计算：打开所有盒子，找到每件产品，然后计算总价。这在真实世界中或许可行，但在程序中，你并不能简单地使用循环语句来完成该工作。你必须事先知道所有产品和盒子的类别，所有盒子的嵌套层数以及其他繁杂的细节信息。因此，直接计算极不方便，甚至完全不可行。

解决方案

组合模式建议使用一个通用接口来与产品和盒子进行交互，并且在该接口中声明一个计算总价的方法。

那么方法该如何设计呢？对于一个产品，该方法直接返回其价格；对于一个盒子，该方法遍历盒子中的所有项目，询问每个项目的价格，然后返回该盒子的总价格。如果其中某个项目是小一号的盒子，那么当前盒子也会遍历其中的所有项目，以此类推，直到计算出所有内部组成部分的价格。你甚至可以在盒子的最终价格中增加额外费用，作为该盒子的包装费用。
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该方式的最大优点在于你无需了解构成树状结构的对象的具体类。你也无需了解对象是简单的产品还是复杂的盒子。你只需调用通用接口以相同的方式对其进行处理即可。当你调用该方法后，对象会将请求沿着树结构传递下去。

结构

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代码

#include <iostream>
#include <memory>
#include <list>
#include <cstdlib>  // 包含 rand() 和 srand()
#include <ctime>    // 包含 time() 用于获取系统时间作为种子
using namespace std;class Component{
public:virtual int execute()=0;virtual ~Component(){}
};
class Leaf:public Component{
public:int execute() override{int r=rand()%10;cout<<"返回叶子节点随机数： "<<r<<endl;return r;}
};
class Composite:public Component{
public:int execute() override{int sum=0;for(auto child:m_children){sum+=child->execute();}return sum;}void add(shared_ptr<Component> c){m_children.push_back(c);}void remove(shared_ptr<Component> c){for(auto it=m_children.begin();it!=m_children.end();it++){if(*it==c){it = m_children.erase(it);  // erase返回下一个有效迭代器break;  // 找到并删除后可以退出循环}}}list<shared_ptr<Component>> getChildren(){return m_children;}
private:list<shared_ptr<Component>> m_children;
};int main(){srand(time(nullptr));auto root=make_shared<Composite>();auto leaf01=make_shared<Leaf>();auto leaf02=make_shared<Leaf>();auto node01=make_shared<Composite>();auto leaf03=make_shared<Leaf>();auto leaf04=make_shared<Leaf>();root->add(leaf01);root->add(leaf02);node01->add(leaf03);node01->add(leaf04);root->add(node01);int sum=root->execute();cout<<"----------------"<<endl;cout<<"总和为： "<<sum<<endl;root->remove(leaf02);sum=root->execute();cout<<"----------------"<<endl;cout<<"删除一叶子后，总和为： "<<sum<<endl;return 0;
}