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雷达卡
在家具生产车间中，常常会遇到这样的情况：一张书桌由多个部分构成，例如桌面、桌腿和抽屉；而抽屉本身又包含抽屉面板、侧板和滑轨等更小的部件。同样，一个衣柜可能由柜体、柜门、隔板以及抽屉组成。这些组成部分可能是独立不可拆分的零件，也可能是由若干子部件组合而成的复杂结构。当需要对这些家具进行统一的生产调度、组装检测或后期维护时，如何设计程序才能既支持单个零件的操作，又能无缝处理复杂的嵌套组件？
C++中的组合模式（Composite Pattern）正是为解决这类“部分-整体”层级问题而生的经典结构型设计模式。
一、组合模式的核心思想
组合模式属于结构型设计模式的一种，其核心理念是定义一个统一的抽象构件接口，该接口适用于两种类型：
- 叶子构件：不能再进一步分解的基本单元，如桌腿、抽屉面板等；
- 复合构件：由多个叶子构件或其他复合构件组成的整体，如抽屉、书桌、衣柜等。
通过这一设计，客户端代码可以使用相同的接口来操作任意层级的对象——无论是单一零件还是复杂的组合体，从而实现“整体”与“部分”的透明化处理，无需关心当前操作的是哪一类对象。
在家具生产的语境下，“家具部件”即为抽象构件；基本零件如“柜门”“滑轨”是叶子构件；而“书桌”“带抽屉的组合柜”则属于复合构件。
二、组合模式的结构解析（以家具生产为例）
抽象构件（Component）—— 家具部件接口
定义所有家具部件共有的行为方法，例如生产（Produce）、组装（Assemble）、拆卸（Disassemble）。同时声明用于管理子节点的方法，如Add、Remove。对于叶子节点而言，这些管理方法可选择空实现或抛出异常。
叶子构件（Leaf）—— 基本家具零件
实现抽象构件接口，但不包含任何子部件。因此，Add/Remove等方法无需实际逻辑。典型例子包括桌腿、抽屉侧板、柜门等基础零件。
复合构件（Composite）—— 可组合的家具模块
同样实现抽象构件接口，但在内部维护一个子部件集合。在执行生产或组装操作时，会递归调用其所有子部件的对应方法，并提供具体的添加与删除子项逻辑。例如“抽屉”由面板和滑轨构成，“书桌”由桌面、桌腿和多个抽屉构成。
客户端（Client）—— 生产调度系统
仅依赖抽象构件接口与各类部件交互，完全不需要判断对象的具体类型，即可完成统一的流程控制与任务调度。
三、C++代码实现示例（基于家具生产场景）
以下将展示如何使用C++实现上述组合模式的应用，涵盖抽象基类、叶子类、复合类及客户端逻辑。
1. 头文件与抽象构件定义
定义公共接口类 FurnitureComponent，声明通用操作方法和子节点管理接口。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <stdexcept>
// 抽象构件：家具部件接口
class FurnitureComponent {
public:
// 虚析构函数，确保子类析构正常调用
virtual ~FurnitureComponent() = default;
// 生产部件
virtual void Produce() const = 0;
// 组装部件（叶子构件可仅表示自身完成，复合构件需组装子部件）
virtual void Assemble() const = 0;
// 拆卸部件
virtual void Disassemble() const = 0;
// 添加子部件（复合构件实现，叶子构件默认抛出异常）
virtual void Add(FurnitureComponent* component) {
throw std::invalid_argument("This component cannot add child components.");
}
// 删除子部件（复合构件实现，叶子构件默认抛出异常）
virtual void Remove(FurnitureComponent* component) {
throw std::invalid_argument("This component has no child components to remove.");
}
// 获取部件名称
virtual std::string GetName() const = 0;
};2. 叶子构件实现 —— 基础零件
实现具体叶子类，如 TableLeg（桌腿） 和 DrawerFront（抽屉面板）。由于它们无法再细分，Add/Remove 方法沿用父类默认处理方式（通常抛出异常或忽略）。
// 叶子构件：桌腿（不可拆分的基本零件）
class TableLeg : public FurnitureComponent {
public:
TableLeg(std::string name) : name_(std::move(name)) {}
void Produce() const override {
std::cout << "正在生产基本零件：" << name_ << "（材质：实木，工艺：打磨抛光）" << std::endl;
}
void Assemble() const override {
std::cout << "完成基本零件：" << name_ << "的自检，等待与其他部件组装" << std::endl;
}
void Disassemble() const override {
std::cout << "基本零件：" << name_ << "无需拆卸，直接回收或更换" << std::endl;
}
std::string GetName() const override {
return name_;
}
private:
std::string name_; // 部件名称（如"书桌左腿"）
};
// 叶子构件：抽屉面板（不可拆分的基本零件）
class DrawerPanel : public FurnitureComponent {
public:
DrawerPanel(std::string name) : name_(std::move(name)) {}
void Produce() const override {
std::cout << "正在生产基本零件：" << name_ << "（材质：实木贴皮，工艺：雕刻拉手）" << std::endl;
}
void Assemble() const override {
std::cout << "完成基本零件：" << name_ << "的自检，等待与抽屉侧板组装" << std::endl;
}
void Disassemble() const override {
std::cout << "基本零件：" << name_ << "无需拆卸，直接回收或更换" << std::endl;
}
std::string GetName() const override {
return name_;
}
private:
std::string name_; // 部件名称（如"书桌抽屉前板"）
};3. 复合构件实现 —— 组合式部件
创建 CompositeDrawer（抽屉） 和 Desk（书桌） 等复合类。它们持有子部件列表，在执行 Produce 或 Assemble 时，自动遍历并调用每个子项的相同方法，形成递归处理链。
// 复合构件：抽屉（由抽屉面板、侧板、滑轨等组成）
class Drawer : public FurnitureComponent {
public:
Drawer(std::string name) : name_(std::move(name)) {}
// 析构函数：释放所有子部件内存
~Drawer() override {
for (auto* component : children_) {
delete component;
}
children_.clear();
}
void Produce() const override {
std::cout << "=====================" << std::endl;
std::cout << "开始生产复合部件：" << name_ << "，正在生产其子部件..." << std::endl;
// 递归生产所有子部件
for (const auto* component : children_) {
component->Produce();
}
std::cout << "复合部件：" << name_ << "的所有子部件生产完成" << std::endl;
std::cout << "=====================" << std::endl;
}
void Assemble() const override {
std::cout << "=====================" << std::endl;
std::cout << "开始组装复合部件：" << name_ << "，正在组装其子部件..." << std::endl;
// 递归组装所有子部件
for (const auto* component : children_) {
component->Assemble();
}
std::cout << "完成复合部件：" << name_ << "的整体组装（面板+侧板+滑轨拼接）" << std::endl;
std::cout << "=====================" << std::endl;
}
void Disassemble() const override {
std::cout << "=====================" << std::endl;
std::cout << "开始拆卸复合部件：" << name_ << "，正在拆卸其子部件..." << std::endl;
// 递归拆卸所有子部件
for (const auto* component : children_) {
component->Disassemble();
}
std::cout << "完成复合部件：" << name_ << "的整体拆卸（拆分面板、侧板、滑轨）" << std::endl;
std::cout << "=====================" << std::endl;
}
void Add(FurnitureComponent* component) override {
if (component == nullptr) {
throw std::invalid_argument("Cannot add null component.");
}
children_.push_back(component);
std::cout << "已向" << name_ << "添加子部件：" << component->GetName() << std::endl;
}
void Remove(FurnitureComponent* component) override {
if (component == nullptr) {
throw std::invalid_argument("Cannot remove null component.");
}
for (auto it = children_.begin(); it != children_.end(); ++it) {
if (*it == component) {
std::cout << "已从" << name_ << "移除子部件：" << component->GetName() << std::endl;
delete *it; // 释放内存
children_.erase(it);
return;
}
}
throw std::invalid_argument("Component not found in " + name_);
}
std::string GetName() const override {
return name_;
}
private:
std::string name_; // 部件名称（如"书桌主抽屉"）
std::vector<FurnitureComponent*> children_; // 子部件集合
};
// 复合构件：书桌（由桌面、桌腿、抽屉等组成）
class Desk : public FurnitureComponent {
public:
Desk(std::string name) : name_(std::move(name)) {}
// 析构函数：释放所有子部件内存
~Desk() override {
for (auto* component : children_) {
delete component;
}
children_.clear();
}
void Produce() const override {
std::cout << "\n=====================" << std::endl;
std::cout << "【开始生产成品家具：" << name_ << "】" << std::endl;
// 递归生产所有子部件
for (const auto* component : children_) {
component->Produce();
}
std::cout << "【成品家具：" << name_ << "的所有子部件生产完成】" << std::endl;
std::cout << "=====================\n" << std::endl;
}
void Assemble() const override {
std::cout << "\n=====================" << std::endl;
std::cout << "【开始组装成品家具：" << name_ << "】" << std::endl;
// 递归组装所有子部件
for (const auto* component : children_) {
component->Assemble();
}
std::cout << "【完成成品家具：" << name_ << "的整体组装（桌面+桌腿+抽屉拼接固定）】" << std::endl;
std::cout << "=====================\n" << std::endl;
}
void Disassemble() const override {
std::cout << "\n=====================" << std::endl;
std::cout << "【开始拆卸成品家具：" << name_ << "】" << std::endl;
// 递归拆卸所有子部件
for (const auto* component : children_) {
component->Disassemble();
}
std::cout << "【完成成品家具：" << name_ << "的整体拆卸（拆分桌面、桌腿、抽屉）】" << std::endl;
std::cout << "=====================\n" << std::endl;
}
void Add(FurnitureComponent* component) override {
if (component == nullptr) {
throw std::invalid_argument("Cannot add null component.");
}
children_.push_back(component);
std::cout << "已向" << name_ << "添加子部件：" << component->GetName() << std::endl;
}
void Remove(FurnitureComponent* component) override {
if (component == nullptr) {
throw std::invalid_argument("Cannot remove null component.");
}
for (auto it = children_.begin(); it != children_.end(); ++it) {
if (*it == component) {
std::cout << "已从" << name_ << "移除子部件：" << component->GetName() << std::endl;
delete *it; // 释放内存
children_.erase(it);
return;
}
}
throw std::invalid_argument("Component not found in " + name_);
}
std::string GetName() const override {
return name_;
}
private:
std::string name_; // 家具名称（如"实木书桌"）
std::vector<FurnitureComponent*> children_; // 子部件集合
};4. 客户端调度逻辑演示
客户端通过指向抽象构件的指针操作整个书桌对象，无论其内部是直接零件还是嵌套结构，均可统一调用接口完成生产流程，展现出高度一致性。
int main() {
try {
// 1. 创建叶子构件（基本零件）
FurnitureComponent* leftLeg = new TableLeg("书桌左腿");
FurnitureComponent* rightLeg = new TableLeg("书桌右腿");
FurnitureComponent* frontPanel = new DrawerPanel("书桌抽屉前板");
// 2. 创建复合构件：抽屉（包含抽屉面板等零件）
FurnitureComponent* mainDrawer = new Drawer("书桌主抽屉");
mainDrawer->Add(frontPanel); // 向抽屉添加面板（实际中还可添加侧板、滑轨等）
// 3. 创建复合构件：书桌（包含桌腿、抽屉等部件）
FurnitureComponent* solidWoodDesk = new Desk("实木书桌");
solidWoodDesk->Add(leftLeg);
solidWoodDesk->Add(rightLeg);
solidWoodDesk->Add(mainDrawer);
// 4. 统一调度：生产、组装、拆卸（无需区分部件类型）
solidWoodDesk->Produce(); // 生产整个书桌（递归生产所有子部件）
solidWoodDesk->Assemble(); // 组装整个书桌（递归组装所有子部件）
solidWoodDesk->Disassemble(); // 拆卸整个书桌（递归拆卸所有子部件）
// 5. 移除一个子部件（演示动态调整）
solidWoodDesk->Remove(mainDrawer);
// 6. 再次组装（此时书桌已无抽屉）
std::cout << "【移除抽屉后，再次组装书桌】" << std::endl;
solidWoodDesk->Assemble();
// 7. 释放根节点内存（析构函数会递归释放所有子部件）
delete solidWoodDesk;
} catch (const std::exception& e) {
std::cerr << "错误：" << e.what() << std::endl;
return 1;
}
return 0;
}四、运行效果与模式优势分析
操作透明性强
客户端无需区分目标是叶子构件还是复合构件，使用同一套接口即可完成对“桌腿”或“整张书桌”的操作，极大简化了调度系统的逻辑复杂度。
结构动态灵活
可通过 Add 和 Remove 方法在运行时动态调整家具配置，比如为书桌增加额外抽屉，或更换不同材质的桌腿，满足个性化定制需求。
扩展性优异
新增零件类型（如 MetalLeg 金属桌腿）或新的组合结构（如 BookshelfDesk 带书架的书桌），只需继承原有接口，无需修改已有客户端代码，符合开闭原则。
递归处理高效便捷
复合构件通过递归机制逐层向下传递操作指令，自动完成整条装配链的生产与组装，避免手动编写多层条件判断语句。
五、适用场景总结
组合模式特别适用于存在树形层级结构、“部分-整体”关系明确且需统一操作的业务场景。除了本文提到的家具制造系统外，还广泛应用于：
- 文件系统：文件（叶子）与文件夹（容器）的统一访问；
- 图形界面组件：按钮、文本框等控件作为叶子，面板或窗口作为容器；
- 菜单系统：菜单项为叶子，子菜单为复合节点，支持嵌套展开。
在C++实现过程中，应注意使用虚析构函数，并在复合构件中实现递归析构，确保所有子对象被正确释放，防止内存泄漏问题。
京公网安备 11010802022788号
