设计模式-访问者模式

访问者模式（Visitor Pattern）概述

定义
访问者模式（Visitor Pattern）是一种行为型设计模式，它允许你在不改变一个类的结构的前提下，定义该类的新操作。访问者模式通过将操作封装在访问者对象中，将数据结构和操作分离开来，使得增加新的操作变得更加容易。

访问者模式的核心思想是通过一个访问者对象来对数据结构中的元素进行操作，而无需改变数据结构的类。它将“数据结构”和“操作”分开，从而提高了系统的灵活性和可扩展性。

访问者模式的角色

1. 抽象访问者（Visitor）：定义对每一个元素的访问操作。
2. 具体访问者（ConcreteVisitor）：实现抽象访问者接口，定义对各个元素的具体访问操作。
3. 元素（Element）：定义一个接受访问者的 accept() 方法，这个方法会调用访问者的 visit() 方法。
4. 具体元素（ConcreteElement）：实现 Element 接口并提供 accept() 方法的具体实现。
5. 对象结构（ObjectStructure）：包含一组元素，可以遍历元素并允许访问者访问元素。

示例：对不同类型的图形进行操作

假设我们有不同类型的图形（如圆形和矩形），我们想为这些图形添加不同的操作（如计算面积和周长）。通过访问者模式，我们可以为每种图形定义不同的操作。

Java 实现代码

// 抽象元素类
interface Shape {
    void accept(Visitor visitor); // 接受访问者
}

// 具体元素类 - 圆形
class Circle implements Shape {
    private double radius;

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

    public double getRadius() {
        return radius;
    }

    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);  // 访问圆形
    }
}

// 具体元素类 - 矩形
class Rectangle implements Shape {
    private double width, height;

    public 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);  // 访问矩形
    }
}

// 抽象访问者
interface Visitor {
    void visit(Circle circle);    // 访问圆形
    void visit(Rectangle rectangle);  // 访问矩形
}

// 具体访问者 - 计算面积
class AreaVisitor implements Visitor {

    @Override
    public void visit(Circle circle) {
        double area = Math.PI * Math.pow(circle.getRadius(), 2);
        System.out.println("圆形的面积: " + area);
    }

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

// 具体访问者 - 计算周长
class PerimeterVisitor implements Visitor {

    @Override
    public void visit(Circle circle) {
        double perimeter = 2 * Math.PI * circle.getRadius();
        System.out.println("圆形的周长: " + perimeter);
    }

    @Override
    public void visit(Rectangle rectangle) {
        double perimeter = 2 * (rectangle.getWidth() + rectangle.getHeight());
        System.out.println("矩形的周长: " + perimeter);
    }
}

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

        // 创建访问者
        Visitor areaVisitor = new AreaVisitor();
        Visitor perimeterVisitor = new PerimeterVisitor();

        // 使用访问者进行操作
        System.out.println("计算面积:");
        circle.accept(areaVisitor);
        rectangle.accept(areaVisitor);

        System.out.println("\n计算周长:");
        circle.accept(perimeterVisitor);
        rectangle.accept(perimeterVisitor);
    }
}

输出结果

计算面积:
圆形的面积: 78.53981633974483
矩形的面积: 24.0

计算周长:
圆形的周长: 31.41592653589793
矩形的周长: 20.0

访问者模式的优点

1. 易于扩展操作：新增操作只需要增加新的访问者类，而不需要修改元素类。
2. 对象结构和操作分离：访问者模式将数据结构和操作分离，遵循开闭原则。你可以轻松添加新的操作，而不必改变现有类的代码。
3. 集中管理操作：所有操作都集中在访问者中，方便进行管理和维护。

访问者模式的缺点

1. 增加复杂性：引入访问者模式后，系统中会增加额外的类，使得设计变得更加复杂。
2. 对象结构修改困难：如果对象结构发生变化，可能需要对所有访问者进行修改，这在某些情况下可能导致维护成本增高。

使用场景

1. 对象结构稳定但操作频繁变化的系统：比如在图形绘制应用中，如果图形种类比较固定，但需要对图形执行不同操作（如绘制、计算面积、计算周长等），就可以使用访问者模式。
2. 编译器设计：在编译器的语法树中，可以定义不同的访问者来实现不同的操作（如代码优化、代码生成等）。
3. 复杂数据结构操作：当我们需要对数据结构中的每个元素执行多种不同操作时，使用访问者模式可以避免在数据结构中添加大量的操作代码。

总结

访问者模式通过将操作和数据结构分离，允许你在不改变数据结构的情况下，定义新操作。它非常适合于对象结构相对稳定、操作不断变化的场景。在实现时，访问者模式可以有效降低对象间的耦合度，提高系统的可扩展性。