c#组合模式详解

账暴 · 2025-6-9 08:20:36

一、基础介绍：

组合模式用于表示部分-整体的层次结构。适用于希望用户忽略组合对象与单个对象的不同，用户将统一地使用组合结构中的所有对象的情况。
顾名思义，什么叫部分-整体，比如常见的前端UI，一个DIV标签中可以存在多个A标签、P标签、DIV标签等等。
相较于DIV这个容器整体而言，其中所含的A标签、P标签甚至是DIV标签都是单个的部分。
而显示的时候却是一视同仁，不分部分还是整体。
这就是典型的组合模式。

再比如WinForms应用程序中，Label、TextBox等这样简单的控件，可以理解为节点对象，它们中无法再插入其他控件，它们就是最小的。
而比如GroupBox、DataGrid这样由多个简单控件组成的复合控件或者容器，就可以理解为容器对象，它们中可以再插入其他的节点对象，甚至是再插入其他容器对象。
但不管是Label这种节点对象还是DataGrid这种容器对象，想要显示的话都需要执行OnPaint方法。
为了表示这种对象之间整体与部分的层次结构，System.Windows.Forms.Control类就是应用了这种组合模式。

这样就可以简单的把组合模式分为三个部分：

抽象组件类（Component）：它可以是接口或抽象类，为节点组件和容器组件对象声明接口，在该类中包含共有行为的声明。在抽象组件类中，定义了访问及管理它的子组件的方法。
节点组件类（Leaf）：节点对象为最小组件（可以理解为树叶），并继承自抽象组件类，实现其共有声明和方法。
容器组件类（Composite）：容器对象可以包含无数节点对象和无数容器组件（可以理解为树枝，可以有无数树叶或者分支），容器对象需要实现管理子对象的方法，如Add、Remove等。

二、应用场景：

当发现需求中是体现部分与整体层次的结构时，以及你希望用户可以忽略组合对象与单个对象的不同，统一地使用组合结构中的所有对象时，就应该考虑使用组合模式了。
UI的一系列控件就是使用了组合模式，整体和部分可以被一致对待。
组合模式有时候又叫做部分-整体模式，它使我们树型结构的问题中，模糊了简单元素和复杂元素的概念，客户程序可以向处理简单元素一样来处理复杂元素，从而使得客户程序与复杂元素的内部结构解耦。

以下情况下适用Composite模式：
1．对象的部分-整体层次结构。
2．忽略组合对象与单个对象的不同，统一地使用组合结构中的所有对象。
三、创建方式：

组合模式实现的最关键的地方是——简单对象和复合对象必须实现相同的接口。这就是组合模式能够将组合对象和简单对象进行一致处理的原因。
组合模式有两种实现方式，一种是：透明式的组合模式，另外一种是：安全式的组合模式。

透明方式————————————————
Leaf叶类中也有Add 与 Remove方法，这种方式叫透明方式。
也就是说在Component中声明所有用来管理子对象的方法，其中包括Add、Remove等。
这样实现Component接口的所有子类都具备了Add与Remove。
这样做的好处是叶节点和枝节点对于外界没有区别，它们具有一致的行为接口。
但问题也很明显，因为Leaf类本身不具备Add、Remove方法的功能，其实现是没有意义的。

安全方式————————————————
在Component接口中不去声明Add与Remove方法，那么子类Leaf也就不用必须实现它们，而在Composite类中声明所有用来管理子类对象的方法。
以文档管理器为例，文件夹为Composite，各类文档为Leaf。

透明方式1).抽象类
1. 1 /// <summary>
2. 2 /// 抽象组件类（Component）
3. 3 /// </summary>
4. 4 public abstract class DocumentComponent
5. 5 {
6. 6 public string Name { get; set; }
7. 7 protected List<DocumentComponent> mChildren;
8. 8 public List<DocumentComponent> Children
9. 9 {
10. 10 get { return mChildren; }
11. 11 }
12. 12 public DocumentComponent(string name)
13. 13 {
14. 14 this.Name = name;
15. 15 mChildren = new List<DocumentComponent>();
16. 16 }
17. 17
18. 18
19. 19 public abstract void AddChild(DocumentComponent document);
20. 20
21. 21 public abstract void RemoveChild(DocumentComponent document);
22. 22
23. 23 public abstract void Show();
24. 24 }
复制代码
接口或抽象类，为节点组件和容器组件对象声明接口，在该类中包含共有行为的声明。
在抽象组件类中，定义了访问及管理它的子组件的方法。
本实例中Show为节点和容器组件共有方法，AddChild和RemoveChild为容器组件方法。
本类主要是为了让节点类和容器类进行继承方便统一管理。

2).节点组件类
1. 1 /// <summary>
2. 2 /// 节点组件类（Leaf）,各类文档，每类型可以添加一个对应类。
3. 3 /// </summary>
4. 4 public sealed class Word : DocumentComponent
5. 5 {
6. 6 public Word(string name)
7. 7 : base(name)
8. 8 { }
9. 9 public override void AddChild(DocumentComponent document)
10. 10 {
11. 11 throw new Exception("节点类不支持");
12. 12 }
13. 13
14. 14 public override void RemoveChild(DocumentComponent document)
15. 15 {
16. 16 throw new Exception("节点类不支持");
17. 17 }
18. 18
19. 19 public override void Show()
20. 20 {
21. 21 Console.WriteLine("这是一篇word文档：" + Name);
22. 22 }
23. 23 }
复制代码
节点对象为最小组件（可以理解为树叶），并继承自抽象组件类，实现show方法。
AddChild和RemoveChild为容器组件方法，在节点类中抛出异常即可。
该类是最小单位，没有子节点。
本类一个word文档对象，如果有多个类型的文档，可以声明多个类。

3).容器组件类
1. 1 /// <summary>
2. 2 /// 容器组件类（Composite），文件夹
3. 3 /// </summary>
4. 4 public class Folder : DocumentComponent
5. 5 {
6. 6 public Folder(string name)
7. 7 : base(name)
8. 8 { }
9. 9 public override void AddChild(DocumentComponent document)
10. 10 {
11. 11 mChildren.Add(document);
12. 12 Console.WriteLine("文档或文件夹增加成功");
13. 13 }
14. 14 public override void RemoveChild(DocumentComponent document)
15. 15 {
16. 16 mChildren.Remove(document);
17. 17 Console.WriteLine("文档或文件夹删除成功");
18. 18 }
19. 19 public override void Show()
20. 20 {
21. 21 Console.WriteLine("这是一个文件夹：" + Name);
22. 22 }
23. 23 }
复制代码
容器对象可以包含无数节点对象和无数容器组件（可以理解为树枝，可以有无数树叶或者分支），容器对象需要实现管理子对象的方法，如AddChild、RemoveChild等。
本类是一个文件夹对象。

4).客户端
1. 1 /// <summary>
2. 2 /// 客户端
3. 3 /// </summary>
4. 4 class Client
5. 5 {
6. 6 /// <summary>
7. 7 /// 广度优先检索
8. 8 /// </summary>
9. 9 /// <param name="component"></param>
10. 10 private static void BreadthFirstSearch(DocumentComponent component)
11. 11 {
12. 12 Queue<DocumentComponent> q = new Queue<DocumentComponent>();
13. 13 q.Enqueue(component);
14. 14 Console.WriteLine(component.Name);
15. 15 while (q.Count > 0)
16. 16 {
17. 17 DocumentComponent temp = q.Dequeue();
18. 18 List<DocumentComponent> children = temp.Children;
19. 19 foreach (DocumentComponent child in children)
20. 20 {
21. 21 Console.WriteLine(child.Name);
22. 22 q.Enqueue(child);
23. 23 }
24. 24 }
25. 25 }
26. 26
27. 27 /// <summary>
28. 28 /// 深度优先检索
29. 29 /// </summary>
30. 30 /// <param name="component"></param>
31. 31 private static void DepthFirstSearch(DocumentComponent component)
32. 32 {
33. 33 Console.WriteLine(component.Name);
34. 34 List<DocumentComponent> children = component.Children;
35. 35 if (children == null || children.Count == 0) return;
36. 36 foreach (DocumentComponent child in children)
37. 37 {
38. 38 DepthFirstSearch(child);
39. 39 }
40. 40 }
41. 41
42. 42 static void Main(string[] args)
43. 43 {
44. 44 Console.WriteLine("创建三个目录：");
45. 45 Folder folder = new Folder("根目录");
46. 46 Folder folder1 = new Folder("子目录1");
47. 47 Folder folder2 = new Folder("子目录2");
48. 48
49. 49 Console.WriteLine("\r\n创建两个文档：");
50. 50 Word word1 = new Word("word文档1");
51. 51 Word word2 = new Word("word文档2");
52. 52
53. 53 Console.WriteLine("\r\n将子目录1添加到根目录下：");
54. 54 folder.AddChild(folder1);
55. 55 Console.WriteLine("\r\n将子目录2添加到子目录1下：");
56. 56 folder1.AddChild(folder2);
57. 57
58. 58 Console.WriteLine("\r\n将word文档1添加到子目录2下：");
59. 59 folder2.AddChild(word1);
60. 60 Console.WriteLine("\r\n将word文档2添加到根目录下：");
61. 61 folder.AddChild(word2);
62. 62
63. 63 Console.WriteLine("\r\n广度优先列表：");
64. 64 DepthFirstSearch(folder);
65. 65 Console.WriteLine("\r\n深度优先列表：");
66. 66 BreadthFirstSearch(folder);
67. 67
68. 68 Console.ReadKey();
69. 69 }
70. 70
71. 71
72. 72 }
复制代码
注：BreadthFirstSearch为广度优先检索，依次列出所有元素。DepthFirstSearch为深度优先检索，列举完一个文件夹后，返回根目录继续列举其他文件夹。
通过上述实例可以看出，文件夹可以创建N个子文件夹，但文档只能放在文件夹中，无法放在另一个文档中。
安全方式
1. 1 /// <summary>
2. 2 /// 抽象组件类（Component）
3. 3 /// </summary>
4. 4 public abstract class DocumentComponent
5. 5 {
6. 6 public string Name { get; set; }
7. 7 protected List<DocumentComponent> mChildren;
8. 8 public List<DocumentComponent> Children
9. 9 {
10. 10 get { return mChildren; }
11. 11 }
12. 12 public DocumentComponent(string name)
13. 13 {
14. 14 this.Name = name;
15. 15 mChildren = new List<DocumentComponent>();
16. 16 }
17. 17
18. 18 public abstract void Show();
19. 19 }
20. 20
21. 21 /// <summary>
22. 22 /// 节点组件类（Leaf）,各类文档，每类型可以添加一个对应类。
23. 23 /// </summary>
24. 24 public sealed class Word : DocumentComponent
25. 25 {
26. 26 public Word(string name)
27. 27 : base(name)
28. 28 { }
29. 29
30. 30 public override void Show()
31. 31 {
32. 32 Console.WriteLine("这是一篇word文档：" + Name);
33. 33 }
34. 34 }
35. 35
36. 36 /// <summary>
37. 37 /// 容器组件类（Composite），文件夹
38. 38 /// </summary>
39. 39 public class Folder : DocumentComponent
40. 40 {
41. 41 public Folder(string name)
42. 42 : base(name)
43. 43 { }
44. 44 public void AddChild(DocumentComponent document)
45. 45 {
46. 46 mChildren.Add(document);
47. 47 Console.WriteLine("文档或文件夹增加成功");
48. 48 }
49. 49 public void RemoveChild(DocumentComponent document)
50. 50 {
51. 51 mChildren.Remove(document);
52. 52 Console.WriteLine("文档或文件夹删除成功");
53. 53 }
54. 54 public override void Show()
55. 55 {
56. 56 Console.WriteLine("这是一个文件夹：" + Name);
57. 57 }
58. 58 }
59. 59
60. 60
61. 61 /// <summary>
62. 62 /// 客户端
63. 63 /// </summary>
64. 64 class Client
65. 65 {
66. 66 /// <summary>
67. 67 /// 广度优先检索
68. 68 /// </summary>
69. 69 /// <param name="component"></param>
70. 70 private static void BreadthFirstSearch(DocumentComponent component)
71. 71 {
72. 72 Queue<DocumentComponent> q = new Queue<DocumentComponent>();
73. 73 q.Enqueue(component);
74. 74 Console.WriteLine(component.Name);
75. 75 while (q.Count > 0)
76. 76 {
77. 77 DocumentComponent temp = q.Dequeue();
78. 78 List<DocumentComponent> children = temp.Children;
79. 79 foreach (DocumentComponent child in children)
80. 80 {
81. 81 Console.WriteLine(child.Name);
82. 82 q.Enqueue(child);
83. 83 }
84. 84 }
85. 85 }
86. 86
87. 87 /// <summary>
88. 88 /// 深度优先检索
89. 89 /// </summary>
90. 90 /// <param name="component"></param>
91. 91 private static void DepthFirstSearch(DocumentComponent component)
92. 92 {
93. 93 Console.WriteLine(component.Name);
94. 94 List<DocumentComponent> children = component.Children;
95. 95 if (children == null || children.Count == 0) return;
96. 96 foreach (DocumentComponent child in children)
97. 97 {
98. 98 DepthFirstSearch(child);
99. 99 }
100. 100 }
101. 101
102. 102 static void Main(string[] args)
103. 103 {
104. 104 Console.WriteLine("创建三个目录：");
105. 105 Folder folder = new Folder("根目录");
106. 106 Folder folder1 = new Folder("子目录1");
107. 107 Folder folder2 = new Folder("子目录2");
108. 108
109. 109 Console.WriteLine("\r\n创建两个文档：");
110. 110 Word word1 = new Word("word文档1");
111. 111 Word word2 = new Word("word文档2");
112. 112
113. 113 Console.WriteLine("\r\n将子目录1添加到根目录下：");
114. 114 folder.AddChild(folder1);
115. 115 Console.WriteLine("\r\n将子目录2添加到子目录1下：");
116. 116 folder1.AddChild(folder2);
117. 117
118. 118 Console.WriteLine("\r\n将word文档1添加到子目录2下：");
119. 119 folder2.AddChild(word1);
120. 120 Console.WriteLine("\r\n将word文档2添加到根目录下：");
121. 121 folder.AddChild(word2);
122. 122
123. 123 Console.WriteLine("\r\n广度优先列表：");
124. 124 DepthFirstSearch(folder);
125. 125 Console.WriteLine("\r\n深度优先列表：");
126. 126 BreadthFirstSearch(folder);
127. 127
128. 128 Console.ReadKey();
129. 129 }
130. 130
131. 131 }
复制代码
从上述实例中可以看出，安全模式其实就是把共有的方法放在抽象类的。
文件夹独有的方法放在容器类中，这样做保证了节点类就没有Add和Remove等无用方法。

四、总结：

组合模式解耦了客户程序与复杂元素内部结构，从而使客户程序可以向处理简单元素一样来处理复杂元素。

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