设计模式 - 结构型 - 组合模式（Composite Pattern）-优快云博客

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组合模式（Composite Pattern）是一种结构型设计模式，通过将对象组织成树形结构，使客户端能够以统一的方式处理单个对象和组合对象，尤其适用于表示“部分-整体”层次结构的场景。以下是该模式的系统性解析：

一、核心定义与设计目标

定义
组合模式通过树形结构将对象组合成层次关系，使得客户端无需区分单个对象（叶子节点）和组合对象（容器节点），可一致地操作它们。其核心在于解耦客户端与复杂对象结构，简化树形结构的遍历与管理。
设计目标
- 统一接口：客户端无需关心操作的是单个对象还是树形结构。
- 简化扩展：新增节点类型不影响现有代码，符合开闭原则。
- 动态结构管理：支持运行时动态添加或删除节点。

二、模式结构与角色划分

核心角色
- 组件（Component）：定义所有节点的公共接口（如 operation()），声明管理子节点的方法（如 add()、remove()）。
- 叶子节点（Leaf）：实现组件接口的末端节点，无子节点（如文件系统中的文件）。
- 容器节点（Composite）：存储子节点集合，实现组件接口并递归调用子节点操作（如文件夹）。
UML类图示例

+-------------------+          +-------------------+
|   Component       |<|------|>|   Leaf            |
| +operation()      |          +-------------------+
| +add()            |
| +remove()         |
+-------------------+
       ▲
       |
+-------------------+
|   Composite       |
| +operation()      |───遍历子节点调用operation()
+-------------------+

实现方式
- 透明式：在抽象组件中定义所有方法（包括子节点管理），叶子节点需抛出异常。
- 安全式：仅在容器节点中实现子节点管理方法，避免叶子节点冗余逻辑。

三、优缺点分析

优点

层次清晰：树形结构直观反映部分-整体关系。
扩展灵活：新增节点类型无需修改客户端代码。
简化客户端：统一处理单个对象和组合对象。

缺点

设计复杂度高：需预先定义树形结构，增加架构设计难度。
违反依赖倒置原则：叶子与容器节点可能依赖具体实现而非抽象。

四、适用场景

文件系统管理：
- 文件夹（容器）与文件（叶子）的统一操作。
组织架构表示：
- 公司部门与员工的树形关系。
GUI控件树：
- 菜单、按钮等控件的嵌套结构。
数控系统组件：
- 机床系统的多级部件管理（如主轴、工作台）。

五、实现示例（Java）

以文件系统为例，演示透明式组合模式：

// 抽象组件：文件系统节点
abstract class FileSystemComponent {
    protected String name;
    public FileSystemComponent(String name) { this.name = name; }
    public abstract void display();
    public void add(FileSystemComponent component) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    public void remove(FileSystemComponent component) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
}

// 叶子节点：文件
class File extends FileSystemComponent {
    public File(String name) { super(name); }
    @Override
    public void display() { System.out.println("文件: " + name); }
}

// 容器节点：文件夹
class Directory extends FileSystemComponent {
    private List<FileSystemComponent> children = new ArrayList<>();
    public Directory(String name) { super(name); }
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("文件夹: " + name);
        children.forEach(FileSystemComponent::display);
    }
    @Override
    public void add(FileSystemComponent component) {
        children.add(component);
    }
    @Override
    public void remove(FileSystemComponent component) {
        children.remove(component);
    }
}

// 客户端调用
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Directory root = new Directory("根目录");
        root.add(new File("报告.doc"));
        Directory subDir = new Directory("图片");
        subDir.add(new File("photo1.jpg"));
        root.add(subDir);
        root.display(); // 输出：文件夹 → 文件 → 子文件夹内容
    }
}