Java设计模式二十三访问者模式 (Visitor Pattern)

原创于 2025-01-22 10:41:01 发布 · 737 阅读

6 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#java #设计模式 #访问者模式

设计模式专栏收录该内容

36 篇文章

订阅专栏

访问者模式 (Visitor Pattern)

访问者模式是一种行为型设计模式，它允许在不修改现有类的前提下，定义新的操作。通过将操作封装到一个访问者对象中，访问者模式使得可以在不同的对象结构中对元素进行操作，而无需改变元素类的实现。访问者模式的核心思想是：将操作与对象的结构分离，允许通过访问者对象在不同的对象结构上执行操作。

1. 访问者模式的组成

访问者模式通常包含以下几个角色：

Visitor（访问者接口）：定义了对每个元素（对象）的访问操作。每个具体的访问者都会实现这些操作。
- visitElementA()：访问ElementA类型的元素。
- visitElementB()：访问ElementB类型的元素。
ConcreteVisitor（具体访问者）：实现了Visitor接口，定义了每个元素的操作。
Element（元素接口）：定义了接受访问者的accept()方法，用于接收访问者对象的访问。
ConcreteElement（具体元素）：实现了Element接口，定义了具体的accept()方法，用于调用访问者的visit方法。
ObjectStructure（对象结构）：一个包含元素对象的集合，提供访问每个元素的方式。

2. 访问者模式的工作流程

访问者对象：定义了多个操作，这些操作作用于不同的元素（通常是不同的类）。
元素类：每个元素实现了accept()方法，通过该方法接受访问者对象的访问。
客户端调用访问者的visit()方法，并通过accept()方法将访问者传递到具体的元素类上。
每个具体的元素对象将自身传递给访问者，从而触发访问者的方法执行。

3. 访问者模式的实现

场景示例：计算不同形状的面积

假设我们要设计一个图形计算系统，需要计算不同形状（如圆形、矩形）的面积。我们可以使用访问者模式来实现，使得以后如果要增加新的操作（如计算周长），可以不修改现有的图形类，而是通过添加新的访问者来实现。

1) 定义访问者接口

Visitor接口定义了对不同元素（形状）进行操作的方法。

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

2) 定义元素接口

Element接口定义了接受访问者的方法。

// 元素接口
public interface Element {
    void accept(Visitor visitor);  // 接受访问者
}

3) 定义具体元素类

Circle和Rectangle是具体的元素类，它们实现了Element接口，并提供了accept()方法。

// 具体元素类：圆形
public class Circle implements Element {
    private double radius;

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

    public double getRadius() {
        return radius;
    }

    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);  // 将圆形传递给访问者
    }
}

// 具体元素类：矩形
public class Rectangle implements Element {
    private double width;
    private double 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);  // 将矩形传递给访问者
    }
}

4) 定义具体访问者类

AreaVisitor是一个具体的访问者类，负责计算不同形状的面积。

// 具体访问者类：计算面积
public 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);
    }
}

5) 客户端代码

客户端代码创建了多个形状，并使用AreaVisitor来计算它们的面积。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建不同的形状
        Circle circle = new Circle(5);
        Rectangle rectangle = new Rectangle(4, 6);

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

        // 调用accept方法，通过访问者计算形状的面积
        circle.accept(areaVisitor);
        rectangle.accept(areaVisitor);
    }
}

运行结果：

圆形的面积: 78.53981633974483
矩形的面积: 24.0

4. 访问者模式的优点

扩展性强： 通过增加新的访问者类可以为元素类增加新的操作，而不需要修改元素类本身。
集中管理操作： 所有操作都集中在访问者类中，便于管理和修改。
符合开放-封闭原则： 元素类不需要修改就能扩展新的功能，只需要通过增加新的访问者类来完成，符合对扩展开放，对修改封闭的设计原则。

5. 访问者模式的缺点

增加了类的数量： 每增加一个新的操作，就需要创建一个新的访问者类，可能导致类的数量增加。
依赖于元素类的稳定性： 如果元素类的结构发生改变，可能需要修改所有的访问者类，这使得访问者模式在某些情况下会产生维护成本。
不适合频繁变化的对象结构： 如果对象结构经常变化，可能需要频繁修改访问者类，导致维护成本较高。

6. 访问者模式的应用场景

对象结构相对稳定，操作经常变化的场景： 如果对象结构较为稳定，而需要对这些对象进行多种不同的操作（如计算面积、计算周长、打印对象等），访问者模式就非常适用。
需要对元素结构进行不同的操作时： 如果你需要对一组元素进行不同的操作，但又不希望频繁修改这些元素的类，可以使用访问者模式。
操作的集合对象比较复杂的场景： 适用于那些对象结构中包含多个元素，且每个元素的处理方式不同的情况（例如，处理一个复杂的文档或报表结构）。