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技术成神之路：设计模式（十三）访问者模式

article 2024/11/15 2:24:01

介绍

访问者模式（Visitor Pattern）是一种行为型设计模式，它允许你在不改变对象结构的前提下，定义作用于这些对象的新操作。这种模式通过将操作逻辑从对象结构中抽离出来，使得新的操作可以无缝地添加到现有对象中。

1.定义

访问者模式定义了一个访问者接口，它包含了访问不同元素的操作方法。具体的元素类接受访问者并调用相应的访问方法。通过这种分离，新增的操作可以直接通过访问者来实现，而不需要修改元素类。

2. 主要作用

允许在不修改元素类的情况下，定义新的操作。
提高了系统的可扩展性。
避免了对复杂对象结构的直接修改。

3. 解决的问题

访问者模式解决了如何在不修改对象结构的情况下，向对象添加新的操作的问题。尤其在系统需要频繁添加新操作时，显得尤为重要。

4. 模式原理

包含角色：

Visitor：定义了对各类元素对象的操作接口。
ConcreteVisitor：实现Visitor接口，具体实现访问操作。
Element：定义接受访问者的方法accept(), 通常由具体元素实现。
ConcreteElement：实现Element接口，实现accept()方法。
ObjectStructure：维护Element对象的集合，并提供遍历功能。

看到这么多的角色，就知道访问者模式并不简单，毕竟它是《设计模式》中较为复杂的一个。不用怕，先以了解为主，因为它在实际开发中毕竟不常用。

UML类图：
在这里插入图片描述

示例：
假设我们有一个表示不同形状（如圆形和矩形）的对象结构，我们希望对这些形状执行不同的操作（如计算面积和绘制形状）。

定义形状接口和具体形状类：

// Shape接口
interface Shape {
    void accept(Visitor visitor);
}

// 圆形类
class Circle implements Shape {
    double radius;

    Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }

    public double getRadius() {
        return radius;
    }

    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

// 矩形类
class Rectangle implements Shape {
    double width;
    double height;

    Rectangle(double width, double height) {
        this.width = width;
        this.height = height;
    }

    public double getWidth() {
        return width;
    }

    public double getHeight() {
        return height;
    }

    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

定义访问者接口和具体访问者类：

// 访问者接口
interface Visitor {
    void visit(Circle circle);
    void visit(Rectangle rectangle);
}

// 具体访问者类 - 计算面积
class AreaVisitor implements Visitor {
    @Override
    public void visit(Circle circle) {
        double area = Math.PI * circle.getRadius() * circle.getRadius();
        System.out.println("Circle area: " + area);
    }

    @Override
    public void visit(Rectangle rectangle) {
        double area = rectangle.getWidth() * rectangle.getHeight();
        System.out.println("Rectangle area: " + area);
    }
}

// 具体访问者类 - 绘制形状
class DrawVisitor implements Visitor {
    @Override
    public void visit(Circle circle) {
        System.out.println("Drawing a Circle with radius " + circle.getRadius());
    }

    @Override
    public void visit(Rectangle rectangle) {
        System.out.println("Drawing a Rectangle with width " + rectangle.getWidth() + " and height " + rectangle.getHeight());
    }
}

使用访问者模式：

public class VisitorPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Shape circle = new Circle(5);
        Shape rectangle = new Rectangle(4, 6);

        Visitor areaVisitor = new AreaVisitor();
        Visitor drawVisitor = new DrawVisitor();

        System.out.println("Calculating areas:");
        circle.accept(areaVisitor);
        rectangle.accept(areaVisitor);

        System.out.println("\nDrawing shapes:");
        circle.accept(drawVisitor);
        rectangle.accept(drawVisitor);
    }
}

打印输出：

Calculating areas:
Circle area: 78.53981633974483
Rectangle area: 24.0

Drawing shapes:
Drawing a Circle with radius 5.0
Drawing a Rectangle with width 4.0 and height 6.0

说真的，写到这里我还是懵懵的，但隐约感觉这个设计不错，哈哈哈。

举个栗子，假如你是个想了解学生信息的老师（Visitor），你可以是班主任也可以是体育老师（ConcreteVisitor），因为他们的关注点不同（例如，班主任关注学生的学习成绩，体育老师关注学生的运动能力），学校里的不同类型的学生（Element），具体的学生（ConcreteElement）（例如文艺生A，运动生B）。

此时，假设我们有一个学校系统，其中有多种学生类型和评价标准。

学生接口（Student）：定义一个 accept(Visitor visitor) 方法。
具体学生（SpecificStudent）：实现 Student 接口，能够接受不同的访问者。
访问者接口（Visitor）：定义访问不同学生类型的方法，如 visit(ArtStudent artStudent) 和 visit(SportsStudent sportsStudent)。
具体访问者（ConcreteVisitor）：实现具体的访问逻辑，比如 AcademicEvaluator 关注学术成绩，PhysicalEducationEvaluator 关注体育表现。

回头再看一遍定义，访问者模式定义了一个访问者接口，它包含了访问不同元素的操作方法，此处的不同元素就是不同的学生，具体的元素类接受访问者并调用相应的访问方法，此处的相应的访问方法就是学术成绩和体育表现，通过这种方式，可以在不改变学生对象结构的前提下，增加新的评价逻辑或操作，而不需要修改学生类本身。

到这里，是不是更进一步了解访问者模式了，不明白也不要紧，记住定义就行了。我突然想到我高中数学老师说的一句话：别管为啥这样写，你就记住，这样写就给分！哈哈。有时候不必太纠结，现在不明白后面你也会明白的😉