组合设计模式

现实世界示例

每个组织都由员工组成。每个员工都有相同的特征，即拥有薪水、有职责、可能向某人汇报工作，也可能有下属等。

通俗解释

组合模式允许客户以统一的方式处理单个对象。

维基百科说明

在软件工程中，组合模式是一种分区设计模式。组合模式描述的是，一组对象应以与单个对象实例相同的方式进行处理。组合的意图是"组合"对象形成树结构，以表示部分-整体层次结构。实现组合模式允许客户以统一的方式处理单个对象和组合对象。

组合设计模式（Composite Design Pattern）是一种结构型设计模式，主要用于处理树形结构的数据。它的主要目的是让客户端能够以统一的方式对待单个对象和对象的组合（树形结构中的节点）。

核心思想

组合模式让你将对象组合成树形结构来表示"部分-整体"的层次结构。通过这种方式，客户端（使用者）可以像操作单个对象一样操作一个对象集合（即组合）。这意味着客户端无需知道当前操作的是单个对象还是一组对象，都是以相同的方式处理。

作用

统一处理单个对象和组合对象：

你可以通过统一的接口来处理单个对象和一组对象（即对象的组合）。这对于在复杂的结构中执行操作特别有用。

树形结构建模：

当数据结构需要呈现父子关系或者层次关系时，组合模式非常有用。它可以用来处理组织架构、文件系统等场景。

灵活性和扩展性：

组合模式使得你能够在不影响客户端的情况下，动态地添加和管理新的子对象或者子组合。

现实世界例子

假设你在设计一个公司管理系统，公司的员工有不同的类型：开发人员、设计师、经理等。经理可能有下属员工，而普通员工则没有。你希望能统一处理所有员工，无论他们是普通员工还是经理。

在没有组合模式的情况下，经理和员工可能需要不同的处理方式。经理需要被当作一个"容器"来处理，而普通员工则是单一的对象。组合模式让你可以通过统一的接口来处理所有员工，无论是普通员工还是经理，甚至是经理下属的员工组合。

示例：公司员工结构

Employee 接口（统一接口）定义了所有员工的基本方法：获取名字、薪资、角色等。
Developer 和 Designer 类（具体员工类）实现了这个接口，代表普通员工。
Manager 类（管理者类）也是 Employee 类型，但它可以有多个下属（也即是员工组合）。

通过组合模式，Manager 可以有一个 subordinates 数组来存储多个员工，Developer 和 Designer 则是单一对象。客户端可以通过相同的接口（Employee 接口）来访问所有员工，无论它们是单个员工还是多个员工的组合。

代码例子：

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

// 员工接口
class Employee {
public:
    virtual ~Employee() {}
    virtual void printDetails() const = 0;  // 打印员工信息
};

// 普通员工：开发人员
class Developer : public Employee {
private:
    std::string name;
public:
    Developer(const std::string& name) : name(name) {}
    void printDetails() const override {
        std::cout << "Developer: " << name << std::endl;
    }
};

// 普通员工：设计师
class Designer : public Employee {
private:
    std::string name;
public:
    Designer(const std::string& name) : name(name) {}
    void printDetails() const override {
        std::cout << "Designer: " << name << std::endl;
    }
};

// 经理：具有下属员工
class Manager : public Employee {
private:
    std::string name;
    std::vector<Employee*> subordinates;  // 管理的下属
    
public:
    Manager(const std::string& name) : name(name) {}

    void addSubordinate(Employee* emp) {
        subordinates.push_back(emp);
    }

    void printDetails() const override {
        std::cout << "Manager: " << name << std::endl;
        std::cout << "Subordinates: " << std::endl;
        for (auto emp : subordinates) {
            emp->printDetails();  // 打印每个下属的详细信息
        }
    }
};

int main() {
    Developer dev1("John");
    Designer des1("Jane");

    Manager manager1("Alice");
    manager1.addSubordinate(&dev1);
    manager1.addSubordinate(&des1);

    manager1.printDetails();  // 输出经理及其下属的信息

    return 0;
}

解析：

Employee 是一个抽象基类，定义了所有员工共有的操作 printDetails。
Developer 和 Designer 是具体的员工类型，直接实现了 Employee 接口。
Manager 作为一个复合对象（Composite），可以管理多个下属（Employee*），并且实现了 printDetails 方法来递归地打印自己和下属的信息。

为什么要使用组合模式？

简化客户端代码：客户端只需要通过统一接口操作对象，无论是单个对象还是一个组合。
增强可扩展性：你可以轻松添加新的员工类型（比如 Tester），并且不需要改变客户端的逻辑。
灵活的层次结构：可以自由地组合不同类型的对象，形成复杂的树形结构。

通过组合模式，代码的结构变得更简单，能够高效地处理复杂的层次结构，并且容易扩展。