设计模式：访问者设计模式

一、概述

1.1 定义

访问者设计模式是一种行为型设计模式，用于将算法与对象结构分离。它允许你在不改变对象结构的前提下定义新的操作。

1.2 作用

访问者模式的作用是在不改变对象结构的前提下定义新的操作。它允许你定义一个新的操作，而无需修改现有的对象结构。在访问者模式中，我们将操作封装在访问者对象中，并在元素对象上调用访问者对象的方法，从而实现对元素对象的操作。

1.3 适用场景

访问者模式适用于以下场景：

• 对象结构稳定，但是经常需要在此结构上定义新的操作；
• 需要对复杂对象结构中的对象进行操作，而且这些对象可能具有不同的类型；
• 需要在不改变对象结构的前提下，为对象结构中的元素对象动态添加新的操作。

二、角色

2.1 抽象访问者（Visitor）

抽象访问者（Visitor）定义了访问者可以访问的元素对象的接口。它包含了多个 visit() 方法，每个方法对应一个具体元素对象。

public interface Visitor {
    void visit(ConcreteElementA elementA);
    void visit(ConcreteElementB elementB);
}

在上述代码中，我们定义了一个抽象访问者接口 Visitor，它包含了两个 visit() 方法，分别对应具体元素对象 ConcreteElementA 和 ConcreteElementB。

2.2 具体访问者（ConcreteVisitor）

具体访问者（ConcreteVisitor）实现了抽象访问者接口，对不同类型的元素对象进行具体的操作。

public class ConcreteVisitorA implements Visitor {
    @Override
    public void visit(ConcreteElementA elementA) {
        System.out.println("ConcreteVisitorA visit ConcreteElementA");
    }

    @Override
    public void visit(ConcreteElementB elementB) {
        System.out.println("ConcreteVisitorA visit ConcreteElementB");
    }
}

public class ConcreteVisitorB implements Visitor {
    @Override
    public void visit(ConcreteElementA elementA) {
        System.out.println("ConcreteVisitorB visit ConcreteElementA");
    }

    @Override    public void visit(ConcreteElementB elementB) {
        System.out.println("ConcreteVisitorB visit ConcreteElementB");
    }
}

在上述代码中，我们定义了两个具体访问者类 ConcreteVisitorA 和 ConcreteVisitorB，它们分别实现了抽象访问者接口 Visitor，并对不同类型的元素对象进行具体的操作。

2.3 抽象元素（Element）

抽象元素（Element）定义了元素对象的接口，让访问者对象可以访问自己的元素对象。

public interface Element {
    void accept(Visitor visitor);
}

在上述代码中，我们定义了一个抽象元素接口 Element，它包含了一个 accept() 方法，该方法接收一个访问者对象作为参数。

2.4 具体元素（ConcreteElement）

具体元素（ConcreteElement）实现了抽象元素接口，定义了自己的 accept() 方法，该方法调用访问者对象的 visit() 方法，并将自身作为参数传入。

public class ConcreteElementA implements Element {
    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

public class ConcreteElementB implements Element {
@Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

在上述代码中，我们定义了两个具体元素类 ConcreteElementA 和 ConcreteElementB，它们分别实现了抽象元素接口 Element，并在 accept() 方法中调用访问者对象的 visit() 方法，并将自身作为参数传入。

2.5 对象结构（Object Structure）

对象结构（Object Structure）是元素对象的集合，它提供了一个接口，让访问者对象可以访问集合中的元素对象。

public class ObjectStructure {
    private List<Element> elements = new ArrayList<>();

    public void attach(Element element) {
        elements.add(element);
    }

    public void detach(Element element) {
        elements.remove(element);
    }

    public void accept(Visitor visitor) {
        for (Element element : elements) {
            element.accept(visitor);
        }
    }
}

在上述代码中，我们定义了一个对象结构类 ObjectStructure，它包含了一个元素对象的集合 elements，提供了 attach() 和 detach() 方法，用于添加和删除元素对象。它还提供了一个 accept() 方法，该方法遍历元素对象集合，并调用每个元素对象的accept() 方法，将访问者对象作为参数传入。

三、实现步骤

3.1 创建抽象元素类

public interface Element {
    void accept(Visitor visitor);
}

3.2 创建具体元素类

public class ConcreteElementA implements Element {
    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

public class ConcreteElementB implements Element {
    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

3.3 创建抽象访问者类

public interface Visitor {
    void visit(ConcreteElementA elementA);
    void visit(ConcreteElementB elementB);
}

3.4 创建具体访问者类

public class ConcreteVisitorA implements Visitor {
    @Override
    public void visit(ConcreteElementA elementA) {
        System.out.println("ConcreteVisitorA visit ConcreteElementA");
    }

    @Override
    public void visit(ConcreteElementB elementB) {
        System.out.println("ConcreteVisitorA visit ConcreteElementB");
    }
}

public class ConcreteVisitorB implements Visitor {
    @Override
    public void visit(ConcreteElementA elementA) {
        System.out.println("ConcreteVisitorB visit ConcreteElementA");
    }

    @Override
    publicvoid visit(ConcreteElementB elementB) {
        System.out.println("ConcreteVisitorB visit ConcreteElementB");
    }
}

3.5 创建对象结构类

public class ObjectStructure {
    private List<Element> elements = new ArrayList<>();

    public void attach(Element element) {
        elements.add(element);
    }

    public void detach(Element element) {
        elements.remove(element);
    }

    public void accept(Visitor visitor) {
        for (Element element : elements) {
            element.accept(visitor);
        }
    }
}

3.6 客户端调用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ObjectStructure objectStructure = new ObjectStructure();
        objectStructure.attach(new ConcreteElementA());
        objectStructure.attach(new ConcreteElementB());

        Visitor visitorA = new ConcreteVisitorA();
        Visitor visitorB = new ConcreteVisitorB();

        objectStructure.accept(visitorA);
        objectStructure.accept(visitorB);
    }
}

在上述代码中，我们创建了一个对象结构 objectStructure，并向其中添加了两个元素对象 ConcreteElementA 和 ConcreteElementB。然后，我们创建了两个具体访问者对象 visitorA 和 visitorB，并调用 objectStructure 的 accept() 方法，将这两个访问者对象作为参数传入。在 accept() 方法中，我们遍历元素对象集合 elements，并依次调用每个元素对象的 accept() 方法，将访问者对象作为参数传入。

四、优缺点

4.1 优点

访问者设计模式的优点包括：

• 可以在不改变对象结构的前提下定义新的操作；
• 可以将代码的稳定性和易于扩展性相结合；
• 可以使得增加新的操作变得简单。

4.2 缺点

访问者设计模式的缺点包括：

• 增加新的元素对象比较困难；
• 元素对象的访问者接口必须稳定，否则会导致所有访问者对象都需要进行修改；
• 具体元素对象对访问者对象的访问是单向的，访问者对象无法访问元素对象的其他方法。

五、扩展点

5.1 双重分派

在访问者设计模式中，我们可以通过双重分派来实现不同的操作。双重分派是指在访问者对象中定义了多个具体的 visit() 方法，每个方法对应一个具体元素对象，然后在元素对象中调用访问者对象的 visit() 方法，并将自身作为参数传入。

双重分派的实现方式是通过重载 accept() 方法来实现的。具体来说，我们在抽象元素接口 Element 中定义多个 accept() 方法，每个方法对应一个具体访问者对象，并在具体元素对象中重载这些 accept() 方法，将具体访问者对象作为参数传入。

下面是一个双重分派的示例代码：

public interface Element {
    void accept(Visitor visitor);
    void accept(Visitor visitor, String param);
}

public class ConcreteElementA implements Element {
    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }

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

public interface Visitor {
    void visit(ConcreteElementA elementA);
    void visit(ConcreteElementB elementB);
   void visit(ConcreteElementA elementA, String param);
}

public class ConcreteVisitorA implements Visitor {
    @Override
    public void visit(ConcreteElementA elementA) {
        System.out.println("ConcreteVisitorA visit ConcreteElementA");
    }

    @Override
    public void visit(ConcreteElementB elementB) {
        System.out.println("ConcreteVisitorA visit ConcreteElementB");
    }

    @Override
    public void visit(ConcreteElementA elementA, String param) {
        System.out.println("ConcreteVisitorA visit ConcreteElementA with param " + param);
    }
}

public class ConcreteVisitorB implements Visitor {
    @Override
    public void visit(ConcreteElementA elementA) {
        System.out.println("ConcreteVisitorB visit ConcreteElementA");
    }

    @Override
    public void visit(ConcreteElementB elementB) {
        System.out.println("ConcreteVisitorB visit ConcreteElementB");
    }

    @Override
    public void visit(ConcreteElementA elementA, String param) {
        System.out.println("ConcreteVisitorB visit ConcreteElementA with param " + param);
    }
}

public class ObjectStructure {
    private List<Element> elements = new ArrayList<>();

    public void attach(Element element) {
        elements.add(element);
    }

    public void detach(Element element) {
        elements.remove(element);
    }

    public void accept(Visitor visitor) {
        for (Element element : elements) {
            element.accept(visitor);
        }
    }

    public void accept(Visitor visitor, String param) {
        for (Element element : elements) {
            element.accept(visitor, param);
        }
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ObjectStructure objectStructure = new ObjectStructure();
        objectStructure.attach(new ConcreteElementA());
        objectStructure.attach(new ConcreteElementB());

        Visitor visitorA = new ConcreteVisitorA();
        Visitor visitorB = new ConcreteVisitorB();

        objectStructure.accept(visitorA);
        objectStructure.accept(visitorB);
        objectStructure.accept(visitorA, "paramA");
        objectStructure.accept(visitorB, "paramB");
    }
}

在上述代码中，我们定义了一个新的 accept() 方法，该方法接收一个额外的参数 param，并在具体元素对象的 accept() 方法中将该参数传递给访问者对象的 visit() 方法。然后，我们创建了两个具体访问者对象 visitorA 和 visitorB，并分别调用 objectStructure 的 accept() 方法，将这两个访问者对象作为参数传入，并在第二个 accept() 方法中传递了参数 "paramA" 和 "paramB"。在访问者对象的 visit() 方法中，我们可以根据传递的参数进行不同的操作。

双重分派的优点是可以根据传递的参数实现不同的操作，从而增强了访问者模式的灵活性和扩展性。

然而，双重分派也有一些缺点。首先，它会导致类的层次结构变得复杂，因为每个具体元素对象都需要实现多个 accept() 方法。其次，双重分派会增加代码的复杂性，因为需要在访问者对象中定义多个具体的 visit() 方法，并在具体元素对象中重载多个 accept() 方法。最后，双重分派可能会导致代码的可读性变差，因为需要理解多个层次的调用关系。

因此，在使用双重分派时需要谨慎考虑，避免过度使用，以免导致代码的复杂性和可维护性下降。