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C++软件设计模式之访问者模式

article 2025/1/7 13:21:27

访问者模式（Visitor Pattern）是行为型设计模式之一，它的主要目的是将数据结构和作用于结构上的操作分离。通过访问者模式，可以在不改变数据结构的前提下，增加对数据的新操作。这种模式尤其适用于需要对一个对象结构中的对象进行多态性访问的场景。

目的和意图

目的：
- 将数据结构和操作分离。
- 实现对对象结构中对象的操作而不改变对象本身。
- 提供一个灵活的机制来定义新的操作。
意图：
- 访问者模式定义一个对元素（Element）进行操作的访问者类，让用户可以在不改变元素类的前提下，定义新的操作。
- 元素自己并不知道操作的具体实现，而是将操作委托给访问者。

适用场合

对象结构相对稳定，但需要对元素进行多种操作：
- 当对象结构在设计时就已经确定，并且需要频繁地添加新的操作时，访问者模式特别有用。通过访问者模式，可以避免频繁修改元素类。
操作不依赖于元素的状态：
- 如果操作需要访问元素的内部状态，但不需要修改它们，访问者模式可以提供一个干净的方式来实现这些操作。
需要对一个对象结构中的对象进行多态性访问：
- 在访问者模式中，元素会提供一个接受访问者的接口，而访问者会根据元素的类型执行相应的操作。

C++示例

假设我们有一个图形编辑器，其中包含不同类型的图形对象，如矩形和圆形。我们希望对这些图形对象进行不同的操作，比如绘制和计算面积，而不需要修改图形类本身。

1. 定义元素接口

首先，定义图形元素的基类。

class Shape {
public:
    virtual void accept(Visitor* visitor) = 0;
    virtual ~Shape() {}
};

2. 定义具体元素

定义矩形和圆形类。

class Rectangle : public Shape {
public:
    void accept(Visitor* visitor) override {
        visitor->visitRectangle(this);
    }
    int width, height;
};

class Circle : public Shape {
public:
    void accept(Visitor* visitor) override {
        visitor->visitCircle(this);
    }
    int radius;
};

3. 定义访问者接口

定义访问者基类，其中包含访问不同元素的方法。

class Visitor {
public:
    virtual void visitRectangle(Rectangle* rectangle) = 0;
    virtual void visitCircle(Circle* circle) = 0;
    virtual ~Visitor() {}
};

4. 定义具体访问者

定义绘制访问者和面积计算访问者。

class DrawVisitor : public Visitor {
public:
    void visitRectangle(Rectangle* rectangle) override {
        cout << "Drawing Rectangle with width: " << rectangle->width << ", height: " << rectangle->height << endl;
    }
    void visitCircle(Circle* circle) override {
        cout << "Drawing Circle with radius: " << circle->radius << endl;
    }
};

class AreaCalculator : public Visitor {
public:
    void visitRectangle(Rectangle* rectangle) override {
        int area = rectangle->width * rectangle->height;
        cout << "Rectangle area: " << area << endl;
    }
    void visitCircle(Circle* circle) override {
        double area = 3.14 * circle->radius * circle->radius;
        cout << "Circle area: " << area << endl;
    }
};

5. 客户端代码

在客户端代码中，我们可以创建不同的访问者，并对图形对象进行操作。

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    Rectangle rect{10, 20};
    Circle circ{5};

    DrawVisitor drawVisitor;
    AreaCalculator areaCalculator;

    rect.accept(&drawVisitor);
    circ.accept(&drawVisitor);

    rect.accept(&areaCalculator);
    circ.accept(&areaCalculator);

    return 0;
}