目录

  1. 组合模式简介
  2. 组合模式的结构
  3. 组合模式的优缺点
  4. 组合模式的实现
    • 4.1 Python 示例
  5. 组合模式的应用场景
  6. 出站链接
  7. 站内链接
  8. 参考资料

1. 组合模式简介

组合模式（Composite Pattern） 是一种结构型设计模式，用于将对象组合成树形结构来表示“部分-整体”的层次结构。它可以让客户端对单个对象和组合对象（多个对象）进行统一处理。

为什么使用组合模式？

  • 统一处理：将单一对象和组合对象视为相同类型的对象，统一处理。
  • 树形结构表示：适合表示部分与整体关系，如组织结构、文件系统、图形层次等。
  • 递归组合：子对象可以包含子对象，形成递归结构。

典型应用

  • 文件系统：文件夹和文件可以看作组合对象和单一对象。
  • 图形绘制：不同图形（如矩形、圆形）可以组合成复合图形。
  • 组织结构：公司中的部门、员工可以组合成树形结构。

2. 组合模式的结构

组合模式通常包括以下角色：

角色作用
Component（组件）定义统一的接口，既可以是单个对象，也可以是组合对象
Leaf（叶子节点）叶子节点类，表示树的最底层元素，不能有子节点
Composite（组合节点）组合节点类，可以包含子节点（叶子节点或其他组合节点）
Client（客户端）操作组合对象或单一对象，通常是通过递归来实现

UML 类图

┌────────────────────────────────┐
│          Component             │  (组件接口)
│  + operation()                 │
└──────────▲─────────────────────┘
           │
┌────────────────────────────────┐
│           Leaf                 │  (叶子节点)
│  + operation()                 │
└────────────────────────────────┘
           │
┌────────────────────────────────┐
│          Composite             │  (组合节点)
│  + operation()                 │
│  + add(component)              │
│  + remove(component)           │
│  + getChild(index)             │
└────────────────────────────────┘

3. 组合模式的优缺点

✅ 优点

  1. 统一接口：通过统一接口，使得单个对象和组合对象可以统一处理。
  2. 易于扩展：新增组件或组合可以方便地扩展，不影响现有代码。
  3. 简化客户端代码：客户端不需要区分是单个对象还是组合对象，直接调用统一接口。

❌ 缺点

  1. 过度设计：对于简单的树形结构，组合模式可能显得过于复杂。
  2. 复杂性：如果组合对象过多，可能导致代码复杂度增加，难以维护。

4. 组合模式的实现

4.1 Python 示例

场景：假设我们要表示一个图形绘制系统，可以有单个图形（如矩形、圆形）和组合图形（如由多个图形组成的复合图形）。

# 1. 定义图形组件（Component）
class Graphic:
    def draw(self):
        pass

# 2. 叶子节点（单个图形）
class Circle(Graphic):
    def draw(self):
        print("Drawing Circle")

class Rectangle(Graphic):
    def draw(self):
        print("Drawing Rectangle")

# 3. 组合节点（复合图形）
class CompositeGraphic(Graphic):
    def __init__(self):
        self.graphics = []

    def add(self, graphic: Graphic):
        self.graphics.append(graphic)

    def remove(self, graphic: Graphic):
        self.graphics.remove(graphic)

    def draw(self):
        for graphic in self.graphics:
            graphic.draw()

# 4. 客户端代码
circle = Circle()
rectangle = Rectangle()

composite_graphic = CompositeGraphic()
composite_graphic.add(circle)
composite_graphic.add(rectangle)

# 画单个图形
circle.draw()  # Output: Drawing Circle
rectangle.draw()  # Output: Drawing Rectangle

# 画复合图形
composite_graphic.draw()
# Output:
# Drawing Circle
# Drawing Rectangle

输出结果：

Drawing Circle
Drawing Rectangle
Drawing Circle
Drawing Rectangle

5. 组合模式的应用场景

适用于以下情况

  1. 需要表示树形结构：
    • 如文件系统、目录和文件，其中目录和文件有类似的操作，但目录还可以包含其他文件夹或文件。
  2. 部分和整体的层次结构：
    • 例如，组织结构（公司、部门、员工）、图形系统（基本图形与复合图形）。
  3. 统一处理单一对象和复合对象：
    • 如图形绘制系统，可以统一对待单一图形和组合图形。

真实案例

  • 文件系统：文件夹（组合对象）包含文件（叶子节点）或其他文件夹。
  • UI 组件：UI 组件（按钮、标签等）可以组合成面板（组合节点）。
  • 绘图软件：基本图形（圆形、矩形等）可以组合成复合图形。
  • 公司组织结构：公司包含多个部门，部门可以包含员工或子部门。

6. 出站链接

7. 站内链接

8. 参考资料

  • Gamma, E., Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software (1994).
  • Martin, R. C., Clean Code: A Handbook of Agile Software Craftsmanship (2009).

总结

  • 组合模式适用于树形结构的场景，如文件系统、组织结构、图形绘制等。
  • 通过统一接口处理单一对象和组合对象，简化客户端代码，提升扩展性。
  • 它能有效地表示“部分-整体”关系，但在简单场景下可能会显得过于复杂。

如果你有具体需求或更深入的问题，欢迎讨论！🚀