【设计模式-访问者模式】

定义

访问者模式（Visitor Pattern）是一种行为型设计模式，允许你在不修改已有类的情况下向这些类添加新的功能或行为。它通过将操作的执行逻辑从对象的类中分离出来，使得你可以在保持类的封闭性（符合开闭原则）的前提下为不同对象定义新的操作。

UML图

• Visitor（访问者）：定义了针对元素结构中每种类型元素的访问操作，通常通过重载 visit 方法实现。
• Element（元素接口或抽象类）：定义了一个 accept(Visitor visitor) 方法，允许访问者访问自己。
• ConcreteElement（具体元素）：实现了 Element 接口，并在 accept 方法中调用访问者的对应方法，如 visitor.visit(this)。
• ConcreteVisitor（对象结构）：可以是一个包含不同类型元素的集合，它负责遍历元素并对每个元素调用 accept 方法。

优点

• 开闭原则：可以在不修改现有类的情况下添加新的操作。
• 单一职责原则：通过将元素的操作行为封装到访问者中，元素类的职责得以简化。
• 可扩展性强：可以为对象结构中的类定义新的操作，而不改变类的定义。

缺点

• 破坏封装性：访问者需要了解元素的内部细节，这可能破坏类的封装性。
• 难以维护：如果元素类频繁变更，则需要更新所有访问者，访问者模式的维护成本可能较高。
• 双重分派问题：访问者模式的实现涉及双重分派，即通过 accept 方法调用访问者的 visit 方法，这使得结构变得复杂。

代码

// 定义访问者接口
interface Visitor {void visit(Book book);void visit(Fruit fruit);
}// 定义元素接口
interface ItemElement {void accept(Visitor visitor);
}// 具体元素类 Book
class Book implements ItemElement {private String title;private double price;public Book(String title, double price) {this.title = title;this.price = price;}public String getTitle() {return title;}public double getPrice() {return price;}@Overridepublic void accept(Visitor visitor) {visitor.visit(this);}
}// 具体元素类 Fruit
class Fruit implements ItemElement {private String name;private double weight;private double pricePerKg;public Fruit(String name, double weight, double pricePerKg) {this.name = name;this.weight = weight;this.pricePerKg = pricePerKg;}public String getName() {return name;}public double getWeight() {return weight;}public double getPricePerKg() {return pricePerKg;}@Overridepublic void accept(Visitor visitor) {visitor.visit(this);}
}// 实现具体的访问者
class ShoppingCartVisitor implements Visitor {@Overridepublic void visit(Book book) {System.out.println("Book: " + book.getTitle() + ", Price: " + book.getPrice());}@Overridepublic void visit(Fruit fruit) {double cost = fruit.getWeight() * fruit.getPricePerKg();System.out.println("Fruit: " + fruit.getName() + ", Cost: " + cost);}
}// 测试访问者模式
public class VisitorPatternDemo {public static void main(String[] args) {ItemElement[] items = new ItemElement[] {new Book("Design Patterns", 50),new Fruit("Apple", 2, 3)};Visitor visitor = new ShoppingCartVisitor();for (ItemElement item : items) {item.accept(visitor); // 访问每个元素}}
}

场景

• 对象结构稳定：当你的对象结构（类）相对固定，但需要在这个结构上添加新的操作时，访问者模式非常合适。这样可以避免修改已有类的代码。
• 需要对多个类执行相似的操作：当你需要对多个不同类型的元素执行类似的操作时，使用访问者模式可以集中管理这些操作。
• 复杂的对象结构：在处理复杂的对象结构时（例如树形结构），访问者模式可以提供清晰的访问逻辑，避免在每个元素中实现相同的逻辑。
• 数据结构和操作分离：当你希望将数据结构与操作分离，以便于未来扩展时，访问者模式是一个良好的选择。这样可以保持类的单一职责原则。
• 频繁变化的操作：如果你的操作逻辑频繁变化，但元素结构相对稳定，使用访问者模式可以方便地添加新的操作而不影响已有的元素类。
• 需要对元素进行类型判断：访问者模式允许在访问者中根据元素的具体类型执行不同的操作，便于类型判断和特定处理。

具体示例

• 编译器：在编译器中，抽象语法树（AST）需要执行不同的操作（如语义分析、优化等），访问者模式可以有效地管理这些操作。
• 图形绘制：在图形编辑软件中，图形元素（如线条、圆形、矩形等）可以通过访问者模式实现不同的绘制和变换操作。
• 文件系统：在文件系统中，可以定义访问者来实现文件的不同处理（如压缩、加密等），而不需要修改文件类的实现。
• 账单处理：在购物车或账单系统中，可以使用访问者模式来处理不同类型的商品（如书籍、食品等），并计算总价或应用折扣。

总结

访问者模式适合于需要在多个元素上执行不同操作，且希望保持代码清晰和可扩展的情况。