19. 组合模式

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2026-03-18

定义

组合模式（Composite），将对象组合成树形结构以表示‘部分-整体’的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

人话：组合模式就像一个公司的组织结构。比如一个公司有一个总部，总部下面有财务部、人力资源部，还可能有多个分公司。而每个分公司下面，又可以继续有自己的财务部、人力资源部，甚至还有自己的子分公司。

如果不用组合模式来设计，程序里可能就要写很多判断，比如“这是总部还是部门？”、“这个节点下面还有没有子节点？”、“是不是分公司？”等等。随着层级越来越复杂，这些 if-else 判断会越来越多，代码也会变得非常混乱，这在软件中就属于结构复杂、难以扩展。

而使用组合模式之后，我们会把“总部”“分公司”和“部门（财务、人力）”都当作一种统一的对象来看待。总部和分公司属于“组合节点”（可以包含下级），而财务部、人力资源部属于“叶节点”（没有下级）。它们都实现同一套接口，比如“添加子节点”“移除子节点”“展示结构”等。

这样一来，总部可以添加分公司和部门，分公司也可以继续添加自己的部门或子公司，而部门虽然不能再添加下级，但在使用时和其他节点是统一的。客户端只需要面向统一接口操作，就可以构建出一棵完整的公司组织结构树。

在软件中也是一样：组合模式让我们可以用一致的方式处理“整体”和“部分”，不用关心当前操作的是总部、分公司还是具体部门，从而让层级结构清晰、扩展方便。

组合模式（Composite）结构图

Component类——抽象组件：

// Component（抽象组件）
abstract class Component
{
    protected string name;

    public Component(string name)
    {
        this.name = name;
    }

    // 增加子节点
    public abstract void Add(Component c);

    // 移除子节点
    public abstract void Remove(Component c);

    // 显示结构
    public abstract void Display(int depth);
}

Leaf类——叶节点：

// Leaf（叶节点）
class Leaf : Component
{
    public Leaf(string name) : base(name)
    {
    }

    public override void Add(Component c)
    {
        Console.WriteLine("Cannot add to a leaf");
    }

    public override void Remove(Component c)
    {
        Console.WriteLine("Cannot remove from a leaf");
    }

    // 显示叶节点
    public override void Display(int depth)
    {
        Console.WriteLine(new string('-', depth) + name);
    }
}

Composite类——组合节点（树枝）：

// Composite（组合节点）
class Composite : Component
{
    private List<Component> children = new List<Component>();

    public Composite(string name) : base(name)
    {
    }

    public override void Add(Component c)
    {
        children.Add(c);
    }

    public override void Remove(Component c)
    {
        children.Remove(c);
    }

    public override void Display(int depth)
    {
        Console.WriteLine(new string('-', depth) + name);

        foreach (Component component in children)
        {
            component.Display(depth + 2);
        }
    }
}

客户端代码：

static void Main(string[] args)
{
    // 生成树根
    Composite root = new Composite("root");

    // 根上长出两叶
    root.Add(new Leaf("Leaf A"));
    root.Add(new Leaf("Leaf B"));

    // 根上长出一个分支
    Composite comp = new Composite("Composite X");
    comp.Add(new Leaf("Leaf XA"));
    comp.Add(new Leaf("Leaf XB"));
    root.Add(comp);

    // 分支上再长出子分支
    Composite comp2 = new Composite("Composite XY");
    comp2.Add(new Leaf("Leaf XYA"));
    comp2.Add(new Leaf("Leaf XYB"));
    comp.Add(comp2);

    // 根部再长叶
    root.Add(new Leaf("Leaf C"));

    Leaf leaf = new Leaf("Leaf D");
    root.Add(leaf);

    // Leaf D 被移除
    root.Remove(leaf);

    // 显示结构
    root.Display(1);

    Console.Read();
}

运行结果：

-root
--Leaf A
--Leaf B
--Composite X
----Leaf XA
----Leaf XB
----Composite XY
------Leaf XYA
------Leaf XYB
--Leaf C

为什么Leaf类当中也有Add和Remove，树叶不是不可以再长分枝吗？这种方式叫做透明方式，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和 Remove。这样做的好处就是叶节点和枝节点对于外界没有区别，它们具备完全一致的行为接口。但问题也很明显，因为Leaf类本身不具备Add0、Removeo方法的功能，所以实现它是没有意义的。
Leaf类当中不用Add和Remove方法，可以吗？可以，那么就需要安全方式，也就是在Component接口中不去声明Add和Remove方法，那么子类的Leaf也就不需要去实现它，而是在Composite声明所有用来管理子类对象的方法，这样做就不会出现刚才提到的问题，不过由于不够透明，所以树叶和树枝类将不具有相同的接口，客户端的调用需要做相应的判断，带来了不便。
什么地方用组合模式比较好呢？当你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，就应该考虑用组合模式了。