设计模式之组合模式 C# 范例

组合模式（Composite Pattern）是一个结构型设计模式，它允许你将对象组合成树形结构来表示“部分-整体”的层次结构。组合模式使得客户端可以统一对待单个对象和对象集合。

在C#中，组合模式通常有以下几个要素：

Component：定义所有类共有的接口，既可以是叶子节点也可以是组合节点的父类。
Leaf：叶子节点类，表示没有子节点的对象。
Composite：组合节点类，表示可以包含子节点的对象，它实现了Component接口并包含多个子组件。

使用示例

假设你正在设计一个图形库，图形可以是单一的图形（如圆形、矩形），也可以是包含多个图形的组合（如图形组合）。

1. 定义组件（Component）

using System;
using System.Collections.Generic;// 组件接口，定义了所有叶子和组合对象的共同操作
public interface IGraphic
{void Draw();  // 绘制图形void Add(IGraphic graphic);  // 添加子图形（组合对象才有此方法）void Remove(IGraphic graphic);  // 移除子图形
}

2. 定义叶子节点（Leaf）

叶子节点是图形中的基本元素，如Circle和Rectangle，这些元素不包含任何子图形。

// 叶子节点，表示单一的图形
public class Circle : IGraphic
{public void Draw(){Console.WriteLine("Drawing a Circle.");}public void Add(IGraphic graphic){throw new InvalidOperationException("Cannot add a child to a leaf.");}public void Remove(IGraphic graphic){throw new InvalidOperationException("Cannot remove a child from a leaf.");}
}public class Rectangle : IGraphic
{public void Draw(){Console.WriteLine("Drawing a Rectangle.");}public void Add(IGraphic graphic){throw new InvalidOperationException("Cannot add a child to a leaf.");}public void Remove(IGraphic graphic){throw new InvalidOperationException("Cannot remove a child from a leaf.");}
}

3. 定义组合节点（Composite）

组合节点可以包含多个子图形（无论是Leaf还是其他Composite对象）。

// 组合节点，表示可以包含多个图形的容器
public class GraphicGroup : IGraphic
{private List<IGraphic> _graphics = new List<IGraphic>();public void Draw(){Console.WriteLine("Drawing Group of Graphics:");foreach (var graphic in _graphics){graphic.Draw();  // 调用每个图形的Draw方法}}public void Add(IGraphic graphic){_graphics.Add(graphic);  // 添加子图形}public void Remove(IGraphic graphic){_graphics.Remove(graphic);  // 移除子图形}
}

4. 使用组合模式

public class Program
{public static void Main(string[] args){// 创建单个图形对象IGraphic circle = new Circle();IGraphic rectangle = new Rectangle();// 创建一个图形组，将多个图形组合成一个整体GraphicGroup group = new GraphicGroup();group.Add(circle);group.Add(rectangle);// 创建一个更大的组合GraphicGroup mainGroup = new GraphicGroup();mainGroup.Add(group);  // 将一个组合加入到另一个组合中mainGroup.Add(new Circle());  // 也可以直接加入单一的图形// 绘制所有图形Console.WriteLine("Drawing individual elements:");circle.Draw();rectangle.Draw();Console.WriteLine("\nDrawing grouped elements:");group.Draw();Console.WriteLine("\nDrawing main group:");mainGroup.Draw();}
}

输出结果：

Drawing individual elements:
Drawing a Circle.
Drawing a Rectangle.Drawing grouped elements:
Drawing Group of Graphics:
Drawing a Circle.
Drawing a Rectangle.Drawing main group:
Drawing Group of Graphics:
Drawing Group of Graphics:
Drawing a Circle.
Drawing a Rectangle.
Drawing a Circle.

解释

Leaf（叶子节点）：Circle和Rectangle类是叶子节点，它们实现了IGraphic接口，并且它们不允许添加或移除子图形，因为它们是单独的图形。
Composite（组合节点）：GraphicGroup类是组合节点，它可以包含多个IGraphic对象（包括其他组合节点和叶子节点）。它实现了IGraphic接口，并且提供了Add和Remove方法来管理子图形。
客户端代码：在Program类中，创建了单个图形（如Circle和Rectangle），并通过组合（GraphicGroup）将它们组织起来。客户端可以统一调用Draw方法，无论它是操作单个图形还是多个图形的组合。