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C++组合模式处理树形结构操作方法

P粉602998670

发布： 2025-09-08 09:20:01

原创

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答案是使用C++组合模式可统一处理树形结构中的单个与组合对象。通过定义抽象组件接口，叶子节点实现操作，组合节点管理子节点并转发操作，结合std::shared_ptr与std::weak_ptr避免循环引用，实现安全的树结构操作与路径追踪。

c++组合模式处理树形结构操作方法

C++组合模式（Composite Pattern）是处理树形结构操作的一种优雅且强大的设计模式，它允许你将对象组合成树形结构，并以统一的方式对待单个对象和组合对象，从而简化了客户端代码。

解决方案

要使用C++组合模式处理树形结构，核心在于定义一个抽象组件（Component）接口，它声明了所有叶子节点（Leaf）和组合节点（Composite）共有的操作。叶子节点实现这些操作，而组合节点不仅实现这些操作，还包含一个子组件集合，并能将操作委托给其子组件。

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通常，我们会有一个

Component

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抽象基类，它可能包含添加、移除子节点以及获取子节点的方法（对于叶子节点，这些方法可能抛出异常或不做任何事），以及一个核心的

Operation()

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方法。为了更好地处理父子关系和内存管理，特别是避免循环引用，我们通常会引入

std::shared_ptr

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和

std::weak_ptr

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。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <memory> // For std::shared_ptr, std::weak_ptr, std::enable_shared_from_this
#include <stdexcept> // For std::runtime_error
#include <algorithm> // For std::remove_if

// 抽象组件 (Component)
// 继承 std::enable_shared_from_this<Component> 以便在成员函数中安全地获取自身的 shared_ptr
class Component : public std::enable_shared_from_this<Component> {
protected:
    std::string name_;
    std::weak_ptr<Component> parent_; // 使用 weak_ptr 避免循环引用
public:
    explicit Component(std::string name) : name_(std::move(name)) {}
    virtual ~Component() = default;

    // 核心操作，所有节点都应具备
    virtual void operation() const = 0;

    // 树结构操作（默认实现，对叶子节点无效，透明模式下会抛出异常）
    virtual void add(std::shared_ptr<Component> component) {
        throw std::runtime_error("Error: Cannot add to a leaf component.");
    }
    virtual void remove(std::shared_ptr<Component> component) {
        throw std::runtime_error("Error: Cannot remove from a leaf component.");
    }

    // 获取节点名称
    virtual std::string getName() const {
        return name_;
    }

    // 设置父节点（子节点在被添加到组合节点时调用）
    void setParent(std::shared_ptr<Component> parent) {
        parent_ = parent;
    }

    // 获取父节点（返回 shared_ptr，如果父节点已不存在则为空）
    std::shared_ptr<Component> getParent() const {
        return parent_.lock();
    }

    // 辅助方法，用于打印完整路径，展示父节点引用的实用性
    std::string getPath() const {
        std::string path = getName();
        std::shared_ptr<Component> currentParent = getParent();
        while (currentParent) {
            path = currentParent->getName() + "/" + path;
            currentParent = currentParent->getParent();
        }
        return path;
    }
};

// 叶子节点 (Leaf)
class Leaf : public Component {
public:
    explicit Leaf(std::string name) : Component(std::move(name)) {}

    void operation() const override {
        std::cout << "Leaf '" << getPath() << "' performs its operation." << std::endl;
    }
};

// 组合节点 (Composite)
class Composite : public Component {
private:
    std::vector<std::shared_ptr<Component>> children_;
public:
    explicit Composite(std::string name) : Component(std::move(name)) {}

    void add(std::shared_ptr<Component> component) override {
        children_.push_back(component);
        // 设置子节点的父指针，使用 shared_from_this() 获取自身的 shared_ptr
        component->setParent(

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