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用設計模式固化你的 C# 程式（四）：Composite 組合模式

編輯：C# 入門

前言

當需要以統一介面處理「部分-整體」階層結構時，Composite 模式讓客戶端程式碼無需區分單一物件與容器物件，大幅簡化遞迴結構的操作邏輯。

核心概念

Component (介面)：定義葉節點與容器節點共同操作（如 Draw()）。
Leaf (葉節點)：無子節點的基本元素（如 Line、Circle）。
Composite (容器節點)：包含子元素集合，實作操作時遞迴委派給子元素。

應用場景：繪圖應用程式

支援基本圖形與複合圖形（圖形群組）統一繪製。

C# 實作

using System;
using System.Collections.Generic;

// Component 介面
public interface IShape
{
    void Draw();
}

// Leaf: 直線
public class Line : IShape
{
    private readonly double _x1, _y1, _x2, _y2;

    public Line(double x1, double y1, double x2, double y2)
        => (_x1, _y1, _x2, _y2) = (x1, y1, x2, y2);

    public void Draw() => Console.WriteLine($"Drawing line ({_x1},{_y1}) -> ({_x2},{_y2})");
}

// Leaf: 圓形
public class Circle : IShape
{
    private readonly double _x, _y, _radius;

    public Circle(double x, double y, double radius)
        => (_x, _y, _radius) = (x, y, radius);

    public void Draw() => Console.WriteLine($"Drawing circle at ({_x},{_y}) radius {_radius}");
}

// Composite: 圖形群組
public class Drawing : IShape
{
    private readonly List _shapes = new();

    public void Add(IShape shape) => _shapes.Add(shape);

    public void Draw()
    {
        Console.WriteLine("Drawing group:");
        foreach (var shape in _shapes)
            shape.Draw(); // 遞迴委派
    }
}

客戶端使用：統一處理單一與群組圖形

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        var shapes = new IShape[]
        {
            new Line(0, 0, 10, 10),
            new Circle(5, 5, 3),
            new Drawing 
            { 
                new Line(1, 1, 2, 2),
                new Circle(3, 3, 1.5)
            }
        };

        foreach (var shape in shapes)
            shape.Draw(); // 客戶端無需判斷型別
    }
}

輸出結果：

Drawing line (0,0) -> (10,10)
Drawing circle at (5,5) radius 3
Drawing group:
Drawing line (1,1) -> (2,2)
Drawing circle at (3,3) radius 1.5

進階：支援移除與子節點存取


public class Drawing : IShape
{
    private readonly List _shapes = new();

    public void Add(IShape shape) => _shapes.Add(shape);
    public void Remove(IShape shape) => _shapes.Remove(shape);
    public IShape GetChild(int index) => _shapes[index];

    public void Draw()
    {
        foreach (var shape in _shapes)
            shape.Draw();
    }
}

優缺點分析

優點	缺點
簡化客戶端：統一介面處理樹狀結構	設計過於通用：可能允許不合理的組合（如將圖形加入葉節點）
易於新增元件型別	難以限制容器內容：需在執行時檢查或引入型別約束
符合開放封閉原則	效能開銷：遞迴遍歷深層樹狀結構可能較慢