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C++怎么实现一个组合设计模式_C++结构型模式与树形结构表示

裘德小鎮的故事

发布： 2025-11-24 19:40:02

原创

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组合设计模式通过统一接口处理单个与组合对象，C++中定义Component基类声明操作与子节点管理方法，Leaf实现自身行为，Composite维护子节点列表并转发请求，实现树形结构透明访问。

c++怎么实现一个组合设计模式_c++结构型模式与树形结构表示

组合设计模式（Composite Pattern）是一种结构型设计模式，它允许你将对象组合成树形结构来表示“整体-部分”层次关系。C++中实现该模式的关键是定义一个统一的接口，让客户端可以透明地处理单个对象和组合对象，特别适合处理具有层级结构的数据，比如文件系统、UI控件树或组织架构。

定义抽象组件接口

首先定义一个抽象基类（Component），声明所有具体对象共有的操作，包括业务方法和用于管理子节点的方法。

class Component {
public:
    virtual ~Component() = default;
    virtual void operation() const = 0;
    virtual void add(Component* child) {
        throw std::runtime_error("Not supported.");
    }
    virtual void remove(Component* child) {
        throw std::runtime_error("Not supported.");
    }
    virtual Component* getChild(int index) {
        throw std::runtime_error("Not supported.");
    }
};

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这个接口为叶节点和容器节点提供统一访问方式。叶节点不需要添加/删除功能，调用时抛出异常即可，也可根据需求在编译期禁用。

实现叶子节点与容器节点

叶子对象不包含子节点，只实现自身行为；容器对象维护子节点列表，并将请求转发给它们。

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class Leaf : public Component {
public:
    void operation() const override {
        std::cout << "Leaf operation.\n";
    }
};
<p>class Composite : public Component {
private:
std::vector<Component*> children;</p><p>public:
void operation() const override {
std::cout << "Composite operation:\n";
for (const auto& child : children) {
child->operation();
}
}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>void add(Component* child) override {
    children.push_back(child);
}

void remove(Component* child) override {
    children.erase(
        std::remove(children.begin(), children.end(), child),
        children.end()
    );
}

Component* getChild(int index) override {
    return index < children.size() ? children[index] : nullptr;
}

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};

客户端使用示例

客户端代码无需区分叶子和组合对象，统一通过基类指针操作。

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int main() {
    Composite root;
    Composite branch;
    Leaf leaf1, leaf2, leaf3;
<pre class='brush:php;toolbar:false;'>branch.add(&leaf1);
branch.add(&leaf2);
root.add(&branch);
root.add(&leaf3);

root.operation();  // 触发整个树的操作
return 0;

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}

输出结果会先打印“Composite operation”，然后依次执行 branch 和 leaf3 的操作，branch 再递归调用其子节点。这种递归调用正是组合模式的核心优势。

智能指针优化内存管理

上面例子使用裸指针，实际项目建议改用 std::unique_ptr 避免内存泄漏。

class Composite : public Component {
private:
    std::vector<std::unique_ptr<Component>> children;
<p>public:
void add(std::unique_ptr<Component> child) {
children.push_back(std::move(child));
}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>void operation() const override {
    std::cout << "Composite operation:\n";
    for (const auto& child : children) {
        child->operation();
    }
}

// remove 和 getChild 可根据需要调整返回引用或指针

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};

客户端创建对象时使用 make_unique，由容器自动管理生命周期。

基本上就这些。组合模式通过统一接口简化了树形结构的操作，尤其适用于需要递归处理嵌套对象的场景。只要明确区分叶节点与组合节点职责，就能写出清晰可扩展的代码。

以上就是C++怎么实现一个组合设计模式_C++结构型模式与树形结构表示的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！