C++ 设计模式-组合模式
组合模式(Composite Pattern)允许将对象组合成树形结构,使得客户端以统一的方式处理单个对象和组合对象。以下是一个经典的 C++ 实现示例,包含透明式设计(基类定义统一接口)和内存管理:
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <stdexcept>
#include <memory>// 抽象组件类
class Component {
public:virtual ~Component() = default;virtual void operation() const = 0;// 管理子组件的透明接口(Leaf需处理不支持的操作)virtual void add(std::unique_ptr<Component> component) {throw std::runtime_error("Unsupported operation: add");}virtual void remove(Component* component) {throw std::runtime_error("Unsupported operation: remove");}virtual const Component* getChild(int index) const {throw std::runtime_error("Unsupported operation: getChild");}
};// 叶子节点类
class Leaf : public Component {
public:explicit Leaf(std::string name) : name_(std::move(name)) {}void operation() const override {std::cout << "Leaf[" << name_ << "] 执行操作" << std::endl;}private:std::string name_;
};// 组合节点类
class Composite : public Component {
public:void operation() const override {std::cout << "Composite 执行操作,包含" << children_.size() << "个子组件:" << std::endl;for (const auto& child : children_) {child->operation(); // 递归调用子组件的操作}}void add(std::unique_ptr<Component> component) override {children_.push_back(std::move(component));}void remove(Component* component) override {auto it = std::find_if(children_.begin(), children_.end(),[component](const std::unique_ptr<Component>& c) {return c.get() == component;});if (it != children_.end()) {children_.erase(it);}}const Component* getChild(int index) const override {if (index >= 0 && index < children_.size()) {return children_[index].get();}return nullptr;}private:std::vector<std::unique_ptr<Component>> children_; // 使用智能指针管理生命周期
};// 客户端代码
int main() {// 创建组合结构:root -> [branch1, branch2]// branch1 -> [leaf1, leaf2]// branch2 -> [leaf3]auto root = std::make_unique<Composite>();auto branch1 = std::make_unique<Composite>();branch1->add(std::make_unique<Leaf>("A"));branch1->add(std::make_unique<Leaf>("B"));auto branch2 = std::make_unique<Composite>();branch2->add(std::make_unique<Leaf>("C"));root->add(std::move(branch1));root->add(std::move(branch2));// 统一调用操作root->operation();return 0;
}
关键点解析:
-
透明式设计:
- Component 基类定义了所有组件(包括叶子节点)的公共接口,包括
add/remove等管理子组件的方法。 - 叶子节点 Leaf 继承自
Component,但重写add/remove时抛出异常(代码中省略异常以简化,实际可添加)。 - 组合节点 Composite 实现子组件管理逻辑,并递归调用子组件的
operation()。
- Component 基类定义了所有组件(包括叶子节点)的公共接口,包括
-
内存管理:
- 使用
std::unique_ptr管理子组件生命周期,确保组合对象析构时自动释放所有子组件。 - 避免手动
new/delete,减少内存泄漏风险。
- 使用
-
递归结构:
- Composite 的
operation()会遍历所有子组件并调用它们的操作,形成递归处理。
- Composite 的
输出结果:
Composite 执行操作,包含2个子组件:
Composite 执行操作,包含2个子组件:
Leaf[A] 执行操作
Leaf[B] 执行操作
Composite 执行操作,包含1个子组件:
Leaf[C] 执行操作
此实现展示了组合模式的核心思想:客户端无需区分叶子节点和组合节点,统一通过 Component 接口操作,简化了复杂树形结构的处理。
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