设计模式C++实现--visitor模式

最新推荐文章于 2025-06-13 16:18:40 发布

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CC 4.0 BY-SA版权

文章标签： c/c++ 设计模式数据结构与算法

原文链接：https://my.oschina.net/fileoptions/blog/1823104

本文详细介绍了访问者模式的概念、原理及应用场景，并通过示例代码展示了如何在不同类型的计算机部件上应用多种访问者来实现特定的功能。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

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访问者模式

在访问者模式（Visitor Pattern）中，我们使用了一个访问者类，它改变了元素类的执行算法。通过这种方式，元素的执行算法可以随着访问者改变而改变。这种类型的设计模式属于行为型模式。根据模式，元素对象已接受访问者对象，这样访问者对象就可以处理元素对象上的操作。

介绍

意图：主要将数据结构与数据操作分离。

主要解决：稳定的数据结构和易变的操作耦合问题。

何时使用：需要对一个对象结构中的对象进行很多不同的并且不相关的操作，而需要避免让这些操作"污染"这些对象的类，使用访问者模式将这些封装到类中。

如何解决：在被访问的类里面加一个对外提供接待访问者的接口。

关键代码：在数据基础类里面有一个方法接受访问者，将自身引用传入访问者。

应用实例：您在朋友家做客，您是访问者，朋友接受您的访问，您通过朋友的描述，然后对朋友的描述做出一个判断，这就是访问者模式。

优点： 1、符合单一职责原则。 2、优秀的扩展性。 3、灵活性。

缺点： 1、具体元素对访问者公布细节，违反了迪米特原则。 2、具体元素变更比较困难。 3、违反了依赖倒置原则，依赖了具体类，没有依赖抽象。

使用场景： 1、对象结构中对象对应的类很少改变，但经常需要在此对象结构上定义新的操作。 2、需要对一个对象结构中的对象进行很多不同的并且不相关的操作，而需要避免让这些操作"污染"这些对象的类，也不希望在增加新操作时修改这些类。

注意事项：访问者可以对功能进行统一，可以做报表、UI、拦截器与过滤器。

实现

我们将创建一个定义接受操作的 ComputerPart 接口。Keyboard、Mouse、Monitor 和 Computer 是实现了 ComputerPart 接口的实体类。我们将定义另一个接口 ComputerPartVisitor，它定义了访问者类的操作。Computer 使用实体访问者来执行相应的动作。

VisitorPatternDemo，我们的演示类使用 Computer、ComputerPartVisitor 类来演示访问者模式的用法。

访问者模式的 UML 图

裸指针版本

步骤 1

定义一个表示元素的接口。

class ComputerPart{
protected:
    std::string name;
public:
    explicit ComputerPart(const std::string &name):_name(std::move(_name)){}
    virtual ~ComputerPart() = default ;
    std::string getName(){ return this->_name;}
    
    virtual void accept(ComputerPartVisitor * visitor) = 0;
};

步骤 2

创建扩展了上述类的实体类。

class Mouse : public ComputerPart{
public:
    explicit Mouse(const std::string &name):ComputerPart(name){}

    void accept(ComputerPartVisitor *visitor) override {
        visitor->visit(this);
    }
};

class Monitor : public ComputerPart{
public:
    explicit Monitor(const std::string &name):ComputerPart(name){}

    void accept(ComputerPartVisitor *visitor) override {
        visitor->visit(this);
    }
};

class Keyboard : public ComputerPart{
public:
    explicit Keyboard(const std::string &name):ComputerPart(name){}

    void accept(ComputerPartVisitor *visitor) override {
        visitor->visit(this);
    }
};

class Computer : public ComputerPart{
private:
    std::vector<ComputerPart *> _computer_parts;
public:
    explicit Computer(const std::string & name):ComputerPart(name){
        _computer_parts.push_back(new Mouse("Mouse"));
        _computer_parts.push_back(new Keyboard("Keyboard"));
        _computer_parts.push_back(new Monitor("Monitor"));
    }
    ~Computer(){
        std::vector<ComputerPart*>::iterator iter;
        for(iter = _computer_parts.begin();iter != _computer_parts.end();iter++){
            delete(*iter);
        }
    }

    void accept(ComputerPartVisitor *visitor) override {
        std::vector<ComputerPart *>::iterator iter;
        for(iter = _computer_parts.begin();iter != _computer_parts.end();iter++){
            (*iter)->accept(visitor);
        }
        visitor->visit(this);
    }
};

步骤 3

定义一个表示访问者的接口。

class ComputerPartVisitor{
public:
    virtual ~ComputerPartVisitor() = default ;
    virtual void visit(Computer * part) = 0;
    virtual void visit(Mouse * part) = 0;
    virtual void visit(Keyboard * part) = 0;
    virtual void visit(Monitor * part) = 0;
};

步骤 4

创建实现了上述类的实体访问者

class ComputerPartDisplayVisitor: public  ComputerPartVisitor{
public:
    void visit(Computer *part) override {
       std::cout << "dispaly " << part->getName() << std::endl;
    }

    void visit(Mouse *part) override {
        std::cout << "dispaly " << part->getName() << std::endl;
    }

    void visit(Keyboard *part) override {
        std::cout << "dispaly " << part->getName() << std::endl;
    }

    void visit(Monitor *part) override {
        std::cout << "dispaly " << part->getName() << std::endl;
    }
};

为了便于凸显该模式的特点，这里再多定义一种访问者

class ComputerPartOutputVisitor: public  ComputerPartVisitor{
public:
    void visit(Computer *part) override {
        std::cout << "Output " << part->getName() << std::endl;
    }

    void visit(Mouse *part) override {
        std::cout << "Output " << part->getName() << std::endl;
    }

    void visit(Keyboard *part) override {
        std::cout << "Output " << part->getName() << std::endl;
    }

    void visit(Monitor *part) override {
        std::cout << "Output " << part->getName() << std::endl;
    }
};

步骤 5

使用 ComputerPartDisplayVisitor 和 ComputerPartOutputVisitor 来访问 Computer 的组成部分。

int main() {

    ComputerPartVisitor * displayVisitor = new ComputerPartDisplayVisitor();
    ComputerPartVisitor * outputVisitor = new ComputerPartOutputVisitor();
    Computer * computer = new Computer("Computer");
    computer->accept(displayVisitor);
    computer->accept(outputVisitor);
    delete(computer);
    delete(displayVisitor);
    delete(outputVisitor);

    return 0;
}

步骤 6

验证输出。

dispaly Mouse
dispaly Keyboard
dispaly Monitor
dispaly Computer
Output Mouse
Output Keyboard
Output Monitor
Output Computer

智能指针版本

//
// Created by qudong on 2018/6/2.
//
#include <memory>
#include <string>
#include <iostream>
#include <vector>

namespace shared{


class Computer;
class Mouse;
class Keyboard;
class Monitor;

class ComputerPartVisitor{
public:
    virtual void visit(std::shared_ptr<Computer> part) = 0;
    virtual void visit(std::shared_ptr<Mouse> part) = 0;
    virtual void visit(std::shared_ptr<Keyboard> part) = 0;
    virtual void visit(std::shared_ptr<Monitor> part) = 0;
};

class ComputerPart{
private:
    std::string _name;
public:
    ComputerPart(const std::string & name):_name(name){}
    std::string getName(){ return this->_name;}

    virtual void accept(std::shared_ptr<ComputerPartVisitor> visitor) = 0;
};

class Mouse : public  ComputerPart,public std::enable_shared_from_this<Mouse>{
public:
    Mouse(const std::string & name):ComputerPart(name){}

    void accept(std::shared_ptr<ComputerPartVisitor> visitor) override {
        visitor->visit(shared_from_this());
    }
};

class Monitor : public  ComputerPart ,public std::enable_shared_from_this<Monitor>{
public:
    Monitor(const std::string & name):ComputerPart(name){}

    void accept(std::shared_ptr<ComputerPartVisitor> visitor) override {
        visitor->visit(shared_from_this());
    }
};

class Keyboard : public  ComputerPart ,public std::enable_shared_from_this<Keyboard>{
public:
    Keyboard(const std::string & name):ComputerPart(name) {}

    void accept(std::shared_ptr<ComputerPartVisitor> visitor) override {
        visitor->visit(shared_from_this());
    }
};

class Computer : public  ComputerPart ,public std::enable_shared_from_this<Computer>{
private:
    std::vector<std::shared_ptr<ComputerPart>> _computer_parts;
public:
    Computer(const std::string & name):ComputerPart(name) {
        _computer_parts.push_back(std::make_shared<Mouse>("Mouse"));
        _computer_parts.push_back(std::make_shared<Monitor>("Monitor"));
        _computer_parts.push_back(std::make_shared<Keyboard>("Keyboard"));
    }

    void accept(std::shared_ptr<ComputerPartVisitor> visitor) override {
        for(auto part:_computer_parts){
            part->accept(visitor);
        }
        visitor->visit(shared_from_this());
    }
};


class ComputerPartDisplayVisitor: public  ComputerPartVisitor{
public:
    void visit(std::shared_ptr<Computer> part) override {
        std::cout << "Display " << part->getName() << std::endl;
    }

    void visit(std::shared_ptr<Mouse> part) override {
        std::cout << "Display " << part->getName() << std::endl;
    }

    void visit(std::shared_ptr<Keyboard> part) override {
        std::cout << "Display " << part->getName() << std::endl;
    }

    void visit(std::shared_ptr<Monitor> part) override {
        std::cout << "Display " << part->getName() << std::endl;
    }
};

class ComputerPartOutputVisitor: public  ComputerPartVisitor{
public:
    void visit(std::shared_ptr<Computer> part) override {
        std::cout << "Output " << part->getName() << std::endl;
    }

    void visit(std::shared_ptr<Mouse> part) override {
        std::cout << "Output " << part->getName() << std::endl;
    }

    void visit(std::shared_ptr<Keyboard> part) override {
        std::cout << "Output " << part->getName() << std::endl;
    }

    void visit(std::shared_ptr<Monitor> part) override {
        std::cout << "Output " << part->getName() << std::endl;
    }
};

}

验证

    using namespace shared;
    std::shared_ptr<ComputerPartVisitor> displayVisitor = std::make_shared<ComputerPartDisplayVisitor>();
    std::shared_ptr<ComputerPartVisitor> outputVisitor = std::make_shared<ComputerPartOutputVisitor>();
    std::shared_ptr<Computer> computer = std::make_shared<Computer>("Computer");
    computer->accept(displayVisitor);
    computer->accept(outputVisitor);

输出

dispaly Mouse
dispaly Keyboard
dispaly Monitor
dispaly Computer
Output Mouse
Output Keyboard
Output Monitor
Output Computer

引用类型版本

//
// Created by qudong on 2018/6/2.
//


#include <string>
#include <iostream>
#include <vector>

namespace ref {
    class Mouse;

    class Computer;

    class Keyboard;

    class Monitor;

    class ComputerPartVisitor {
    public:
        virtual void visit( Mouse &part) = 0;

        virtual void visit( Computer &part) = 0;

        virtual void visit( Keyboard &part) = 0;

        virtual void visit( Monitor &part) = 0;
    };

    class ComputerPart {
    private:
        std::string _name;
    public:
        explicit ComputerPart(const std::string &_name) : _name(_name) {}
        virtual ~ComputerPart() = default;

        std::string getName() { return _name; }

        virtual void accept(ComputerPartVisitor &visitor) = 0;
    };

    class Mouse : public ComputerPart {
    public:
        explicit Mouse(const std::string &name) : ComputerPart(name) {}

        void accept(ComputerPartVisitor &visitor) override {
            visitor.visit(*this);
        }
    };

    class Keyboard : public ComputerPart {
    public:
        explicit Keyboard(const std::string &name) : ComputerPart(name) {}

        void accept(ComputerPartVisitor &visitor) override {
            visitor.visit(*this);
        }
    };

    class Monitor : public ComputerPart {
    public:
        explicit Monitor(const std::string &name) : ComputerPart(name) {}

        void accept(ComputerPartVisitor &visitor) override {
            visitor.visit(*this);
        }
    };

    class Computer : public ComputerPart {
    private:
        std::vector<ComputerPart *> _computer_parts;//The c++ container cannot hold reference types
    public:
        explicit Computer(const std::string &name) : ComputerPart(name){
            _computer_parts.push_back(new Mouse("Mouse"));
            _computer_parts.push_back(new Monitor("Monitor"));
            _computer_parts.push_back(new Keyboard("Keyboard"));
        }
        ~Computer(){
            for(auto part: _computer_parts){
                delete(part);
            }
        }

        void accept(ComputerPartVisitor &visitor) override {
            for(auto part: _computer_parts){
                part->accept(visitor);
            }
            visitor.visit(*this);
        }
    };


    class ComputerPartDisplayVisitor : public ComputerPartVisitor {
    public:
        void visit( Mouse &part) override {
            std::cout << "Display " << part.getName() << std::endl;
        }

        void visit( Computer &part) override {
            std::cout << "Display " << part.getName() << std::endl;
        }

        void visit( Keyboard &part) override {
            std::cout << "Display " << part.getName() << std::endl;
        }

        void visit( Monitor &part) override {
            std::cout << "Display " << part.getName() << std::endl;
        }
    };

    class ComputerPartOutputVisitor : public ComputerPartVisitor {
    public:
        void visit( Mouse &part) override {
            std::cout << "Output " << part.getName() << std::endl;
        }

        void visit( Computer &part) override {
            std::cout << "Output " << part.getName() << std::endl;
        }

        void visit( Keyboard &part) override {
            std::cout << "Output " << part.getName() << std::endl;
        }

        void visit( Monitor &part) override {
            std::cout << "Output " << part.getName() << std::endl;
        }
    };
}

验证

    using namespace ref;
    ComputerPartOutputVisitor outputVisitor;
    ComputerPartDisplayVisitor displayVisitor;
    Computer computer("Computer");
    computer.accept(displayVisitor);
    computer.accept(outputVisitor);

输出

Display Mouse
Display Monitor
Display Keyboard
Display Computer
Output Mouse
Output Monitor
Output Keyboard
Output Computer

转载于:https://my.oschina.net/fileoptions/blog/1823104