99、23种设计模式之组合模式（8/23）

组合模式（Composite Pattern）作为23种经典设计模式之一，属于结构型模式，其核心价值在于统一处理树形结构中的单个对象与组合对象，通过定义一致的接口，使客户端无需区分操作的是叶子节点还是分支节点。

一、组合模式的核心概念

1.适用场景

需要表示"部分-整体"层次结构（如文件系统、UI组件、组织架构）。
希望客户端统一处理单个对象和组合对象，避免冗余的条件判断。
支持递归操作（如遍历树形结构）。

2.核心角色

Component（抽象组件）：定义叶子节点和分支节点的公共接口，声明管理子节点的方法（如Add、Remove）。
Leaf（叶子节点）：表示单个对象，无子节点，实现Component接口但抛出异常或空实现管理子节点的方法。
Composite（分支节点）：包含子节点（叶子或分支），实现Component接口并管理子节点的增删查。

二、C#实现方式

组合模式在C#中有两种典型实现方式，各有优缺点：

1. 透明式组合模式

特点：在Component抽象类中声明所有管理子节点的方法（如Add、Remove），叶子节点和分支节点均实现这些方法（叶子节点抛出异常）。
优点：客户端可一致处理所有节点，无需区分类型。
缺点：叶子节点实现无意义的方法，可能引发运行时异常。

csharp 复制代码

// 抽象组件
public abstract class Component
{
    public string Name { get; set; }
    public abstract void Add(Component component);
    public abstract void Remove(Component component);
    public abstract void Display(int depth);
}

// 叶子节点
public class Leaf : Component
{
    public Leaf(string name) => Name = name;
    public override void Add(Component component) => 
        throw new InvalidOperationException("Leaf cannot add components.");
    public override void Remove(Component component) => 
        throw new InvalidOperationException("Leaf cannot remove components.");
    public override void Display(int depth) => 
        Console.WriteLine($"{new string('-', depth)}{Name}");
}

// 分支节点
public class Composite : Component
{
    private List<Component> _children = new List<Component>();
    public Composite(string name) => Name = name;
    public override void Add(Component component) => _children.Add(component);
    public override void Remove(Component component) => _children.Remove(component);
    public override void Display(int depth)
    {
        Console.WriteLine($"{new string('-', depth)}{Name}");
        foreach (var child in _children) child.Display(depth + 2);
    }
}

// 客户端代码
var root = new Composite("Root");
root.Add(new Leaf("Leaf A"));
root.Add(new Leaf("Leaf B"));
var composite = new Composite("Composite X");
composite.Add(new Leaf("Leaf XA"));
root.Add(composite);
root.Display(1);

2. 安全式组合模式

特点：Component仅声明通用方法（如Display），管理子节点的方法（如Add、Remove）仅在Composite中定义。
优点：避免叶子节点实现无意义方法，类型安全。
缺点：客户端需区分节点类型，破坏透明性。

csharp 复制代码

// 抽象组件（仅声明通用方法）
public abstract class Component
{
    public string Name { get; set; }
    public abstract void Display(int depth);
}

// 叶子节点
public class Leaf : Component
{
    public Leaf(string name) => Name = name;
    public override void Display(int depth) => 
        Console.WriteLine($"{new string('-', depth)}{Name}");
}

// 分支节点（声明管理子节点的方法）
public class Composite : Component
{
    private List<Component> _children = new List<Component>();
    public Composite(string name) => Name = name;
    public void Add(Component component) => _children.Add(component);
    public void Remove(Component component) => _children.Remove(component);
    public override void Display(int depth)
    {
        Console.WriteLine($"{new string('-', depth)}{Name}");
        foreach (var child in _children) child.Display(depth + 2);
    }
}

// 客户端需区分类型调用方法
var composite = new Composite("Composite");
composite.Add(new Leaf("Leaf")); // 合法
var leaf = new Leaf("Leaf");
leaf.Add(new Leaf("Leaf"));     // 编译错误（类型安全）

三、组合模式的优缺点

1.优点

简化客户端代码：统一处理单个对象和组合对象，减少条件判断。
扩展性强：新增组件类型（如新图形）无需修改现有代码，符合开闭原则。
支持递归：方便遍历树形结构（如计算文件夹大小）。

2.缺点

过度使用导致复杂度增加：非层次结构场景强行使用会适得其反。
性能问题：大型树形结构的递归遍历可能引发栈溢出，需优化为迭代或缓存结果。

四、典型应用场景

图形编辑器：基本图形（圆、矩形）与组合图形（由多个基本图形组成）的统一绘制。
文件系统：文件与文件夹的统一操作（如删除、复制）。
UI组件：按钮、文本框等控件与窗口的统一管理。
组织架构：员工与部门的统一权限控制。

五、与其他模式的对比

与装饰器模式区别：装饰器模式动态添加职责，组合模式构建树形结构。
与外观模式区别：外观模式简化复杂子系统调用，组合模式统一处理树形结构节点。