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访问者模式详解

概念

访问者模式（Visitor Pattern）是一种行为型设计模式，用于将数据结构与其操作解耦。通过在不改变数据结构的前提下，增加新的操作，访问者模式提供了一种灵活的方式来实现功能扩展。

关键特性

• 分离操作：将具体操作从对象本身分离，使得操作逻辑集中在访问者中。
• 支持扩展：容易增加新的操作，但增加新的数据结构时会比较复杂。
• 双分派机制：通过在访问者和元素之间的双向调用实现。

适用场景

• 需要对对象结构中的元素执行多种操作：每种操作需要在对象类型之间有区别。
• 需要频繁扩展操作：在已有的对象结构中增加新功能时无需修改数据结构。
• 不希望操作逻辑和数据结构耦合：将操作集中在访问者中，数据结构更清晰。

使用案例

1. 编译器中的语法树

• 场景：对语法树中的不同节点（如函数、变量）进行语义检查、代码生成等操作。
• 解决：语法树节点实现Element接口，不同的操作通过访问者完成。

2. 文件系统

• 场景：对文件和目录执行操作，如统计大小、权限检查等。
• 解决：文件和目录实现Element接口，具体操作用访问者实现。

3. 游戏场景

• 场景：在游戏中，为不同类型的单位（如士兵、坦克）计算攻击力、升级逻辑。
• 解决：单位类实现Element接口，计算攻击力或升级功能使用访问者完成。

优缺点

类图

C++实现

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>

class ConcreteElementA;
class ConcreteElementB;

// 访问者接口
class Visitor {
public:
    virtual void Visit(ConcreteElementA* element) = 0;
    virtual void Visit(ConcreteElementB* element) = 0;
};

// 元素接口
class Element {
public:
    virtual ~Element() = default;
    virtual void Accept(Visitor* visitor) = 0;
};

// 具体元素A
class ConcreteElementA : public Element {
public:
    void OperationA() {
        std::cout << "ConcreteElementA OperationA\n";
    }
    void Accept(Visitor* visitor) override {
        visitor->Visit(this);
    }
};

// 具体元素B
class ConcreteElementB : public Element {
public:
    void OperationB() {
        std::cout << "ConcreteElementB OperationB\n";
    }
    void Accept(Visitor* visitor) override {
        visitor->Visit(this);
    }
};

// 具体访问者
class ConcreteVisitor : public Visitor {
public:
    void Visit(ConcreteElementA* element) override {
        std::cout << "Visiting ConcreteElementA\n";
        element->OperationA();
    }
    void Visit(ConcreteElementB* element) override {
        std::cout << "Visiting ConcreteElementB\n";
        element->OperationB();
    }
};

// 对象结构
class ObjectStructure {
private:
    std::vector<std::unique_ptr<Element>> elements;

public:
    void AddElement(std::unique_ptr<Element> element) {
        elements.push_back(std::move(element));
    }
    void Accept(Visitor* visitor) {
        for (const auto& element : elements) {
            element->Accept(visitor);
        }
    }
};

// 示例用法
int main() {
    ObjectStructure structure;
    structure.AddElement(std::make_unique<ConcreteElementA>());
    structure.AddElement(std::make_unique<ConcreteElementB>());

    ConcreteVisitor visitor;
    structure.Accept(&visitor);

    return 0;
}

C#实现

using System;
using System.Collections.Generic;

// Visitor Interface
public interface IVisitor {
    void Visit(ConcreteElementA element);
    void Visit(ConcreteElementB element);
}

// Element Interface
public abstract class Element {
    public abstract void Accept(IVisitor visitor);
}

// Concrete Element A
public class ConcreteElementA : Element {
    public override void Accept(IVisitor visitor) {
        visitor.Visit(this);
    }

    public void OperationA() {
        Console.WriteLine("ConcreteElementA OperationA");
    }
}

// Concrete Element B
public class ConcreteElementB : Element {
    public override void Accept(IVisitor visitor) {
        visitor.Visit(this);
    }

    public void OperationB() {
        Console.WriteLine("ConcreteElementB OperationB");
    }
}

// Concrete Visitor
public class ConcreteVisitor : IVisitor {
    public void Visit(ConcreteElementA element) {
        Console.WriteLine("Visiting ConcreteElementA");
        element.OperationA();
    }

    public void Visit(ConcreteElementB element) {
        Console.WriteLine("Visiting ConcreteElementB");
        element.OperationB();
    }
}

// Object Structure
public class ObjectStructure {
    private readonly List<Element> _elements = new List<Element>();

    public void AddElement(Element element) {
        _elements.Add(element);
    }

    public void Accept(IVisitor visitor) {
        foreach (var element in _elements) {
            element.Accept(visitor);
        }
    }
}

// Example Usage
class Program {
    static void Main(string[] args) {
        var structure = new ObjectStructure();
        structure.AddElement(new ConcreteElementA());
        structure.AddElement(new ConcreteElementB());

        var visitor = new ConcreteVisitor();
        structure.Accept(visitor);
    }
}

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