Python设计模式详解之23 —— 访问者模式-优快云博客

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Visitor（访问者）设计模式详解

Visitor（访问者）设计模式 是一种行为型设计模式，允许我们在不改变类结构的前提下，定义作用于其对象的新操作。它将操作的定义与对象结构分离，遵循开放-封闭原则。

1. 定义

Visitor 模式通过将一系列操作封装到一个独立的访问者类中，从而避免在元素类中增加重复的逻辑代码。这使得我们可以轻松扩展操作，而无需修改元素的结构。

2. 适用场景

对象结构较为稳定，但需要对其进行多种操作。
需要避免违反单一职责原则：不同的操作分离到独立的访问者中，而不是写入元素类中。
希望能够在运行时动态添加新的操作，而无需修改现有代码。

3. 结构

Visitor（访问者接口）
- 声明访问元素的方法。
ConcreteVisitor（具体访问者）
- 实现访问元素的操作。
Element（元素接口）
- 定义一个方法 accept，接收一个访问者对象。
ConcreteElement（具体元素）
- 实现 accept 方法，调用访问者的对应操作。
ObjectStructure（对象结构）
- 包含一组元素，提供遍历这些元素的功能。

4. Python 实现

以下是一个简单的示例，展示如何使用 Visitor 模式实现不同类型文件的操作。

示例：文件系统中的操作

from abc import ABC, abstractmethod

# 访问者接口
class Visitor(ABC):
    @abstractmethod
    def visit_text_file(self, element):
        pass

    @abstractmethod
    def visit_image_file(self, element):
        pass

# 元素接口
class FileElement(ABC):
    @abstractmethod
    def accept(self, visitor):
        pass

# 具体元素：文本文件
class TextFile(FileElement):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def accept(self, visitor):
        visitor.visit_text_file(self)

# 具体元素：图片文件
class ImageFile(FileElement):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def accept(self, visitor):
        visitor.visit_image_file(self)

# 具体访问者：打印文件信息
class PrintVisitor(Visitor):
    def visit_text_file(self, element):
        print(f"Printing text file: {element.name}")

    def visit_image_file(self, element):
        print(f"Printing image file: {element.name}")

# 具体访问者：统计文件大小
class SizeVisitor(Visitor):
    def visit_text_file(self, element):
        print(f"Calculating size of text file: {element.name}")

    def visit_image_file(self, element):
        print(f"Calculating size of image file: {element.name}")

# 客户端
if __name__ == "__main__":
    # 创建元素
    files = [
        TextFile("document.txt"),
        ImageFile("picture.png"),
    ]

    # 创建访问者
    print_visitor = PrintVisitor()
    size_visitor = SizeVisitor()

    # 遍历元素并应用访问者
    for file in files:
        file.accept(print_visitor)
        file.accept(size_visitor)

输出：

Printing text file: document.txt
Calculating size of text file: document.txt
Printing image file: picture.png
Calculating size of image file: picture.png

5. 优点和缺点

优点

遵循开放-封闭原则：可以新增访问者来扩展操作，而无需修改元素类。
简化复杂对象的操作：将操作逻辑分离到访问者类中，简化了元素类的职责。
统一操作接口：所有操作通过访问者实现，结构清晰。

缺点

违反依赖倒置原则：元素需要依赖具体访问者的方法。
难以添加新的元素：新增元素需要修改所有访问者的代码。
双重分派复杂性：需要在元素和访问者之间进行双重分派（即访问者决定调用哪个元素的操作，元素决定调用访问者的哪个方法）。

6. 扩展用法

6.1 图形绘制系统

在一个图形绘制系统中，不同的图形对象（如圆形、矩形）可以使用访问者模式来实现各种操作（如计算面积、绘制图形）。

class Shape(ABC):
    @abstractmethod
    def accept(self, visitor):
        pass

class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius

    def accept(self, visitor):
        visitor.visit_circle(self)

class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def accept(self, visitor):
        visitor.visit_rectangle(self)

class ShapeVisitor(ABC):
    @abstractmethod
    def visit_circle(self, circle):
        pass

    @abstractmethod
    def visit_rectangle(self, rectangle):
        pass

class AreaVisitor(ShapeVisitor):
    def visit_circle(self, circle):
        print(f"Circle area: {3.14 * circle.radius**2}")

    def visit_rectangle(self, rectangle):
        print(f"Rectangle area: {rectangle.width * rectangle.height}")

if __name__ == "__main__":
    shapes = [
        Circle(5),
        Rectangle(4, 6),
    ]

    area_visitor = AreaVisitor()
    for shape in shapes:
        shape.accept(area_visitor)