设计模式-访问器-C++

一、引言

访问者模式（Visitor Pattern）是一种行为型设计模式，它允许在不修改对象结构的情况下，向一组对象添加新的操作。通过这种模式，能够分别定义操作，并对每个对象结构的元素进行访问。访问者模式将数据结构与对操作的定义解耦，使得对操作进行扩展变得更加灵活。

二、使用场景

1. 现有结构的扩展：当需要在不改动已有类的前提下，增加新的操作或功能时，访问者模式提供了可行的方案，这样可避免对原有代码的重新发布。

2. 复杂对象的操作：涉及对对象集群的具体操作，这些操作可以在不影响主对象的方法的情况下进行统一管理。

3. 全局操作：希望给多个类的对象减少方法复杂性，为实现相同的功能当做可扩展的操作，从而减少创建多个子类的必要。

4. 多重操作：当对象结构复杂，同时存在多个需要执行的操作，而每种操作在执行时涉及不同的对象较为复杂，使用访问者能简化这一部分逻辑。

三、模式分类

• 单一访问者：只有一个访客类型，适合对对象做单一操作扩展。

• 多重访问者：存在多种不同类型的访问者组成的网络，允许每种访问者执行特定的操作。

四、优缺点

优点

• 数据结构灵活性：允许通过增加新的访问者来扩展对数据结构的操作，而不需要对数据结构的变化做出调整。
• 新增操作方便：避免因添加新的操作而修改原有对象结构，极大的增强了系统的可扩展性。
• 分离操作和数据结构：将性能良好且复杂的操作逻辑从对象结构中移除，提升了代码的可维护性。

缺点

• 操作添加困难：当数据结构增加或发生变化时，需要相应地修改所有访问者，脚本的可维护性因此受到影响。
• 复杂度增加：引入访问者模式使得整体代码复杂度提高，尤其是在有很多操作的访问者情况。
• 子类数量增加：对于那些需要对多个类进行访问的操作，可能导致创建大量的访问者子类。

五、代码示例

以下是访问者模式的C++实现示例。

#include <iostream>
#include <memory>

// 前向声明
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 void accept(Visitor& visitor) = 0;
};

// 具体元素 A
class ConcreteElementA : public Element {
public:
    void accept(Visitor& visitor) override {
        visitor.visit(*this); // 调用访问者
    }

    void operationA() {
        std::cout << "ConcreteElementA: Performing operation A." << std::endl;
    }
};

// 具体元素 B
class ConcreteElementB : public Element {
public:
    void accept(Visitor& visitor) override {
        visitor.visit(*this); // 调用访问者
    }

    void operationB() {
        std::cout << "ConcreteElementB: Performing operation B." << std::endl;
    }
};

// 具体访问者
class ConcreteVisitor : public Visitor {
public:
    void visit(ConcreteElementA& element) override {
        std::cout << "Visiting Element A." << std::endl;
        element.operationA(); // 执行具体操作
    }

    void visit(ConcreteElementB& element) override {
        std::cout << "Visiting Element B." << std::endl;
        element.operationB(); // 执行具体操作
    }
};

int main() {
    // 创建元素和访问者
    ConcreteElementA elementA;
    ConcreteElementB elementB;
    ConcreteVisitor visitor;

    // 访问元素
    elementA.accept(visitor);
    elementB.accept(visitor);

    return 0;
}

代码解析

1. Visitor 接口：定义了对不同元素类型的访问方法，支持访问被访问者。操作响应元素。

2. Element 接口：定义了允许访问者访问自身的接口；其子类需要实现具体的接受方法。

3. ConcreteElementA 和 ConcreteElementB：具体元素类实现了 Element 接口，并在 accept() 方法中接受访问者，允许调用访问者的方法。

4. ConcreteVisitor：实现了访问者接口，并定义了针对各种元素的具体访问行为，支持的状态逻辑分开的处理数据。

5. main() 函数：创建元素对象和访问者对象，通过访问者访问元素，并执行具体操作。

六、模式总结

访问者模式为我们提供了一种便捷的方式，能够对已有类执行新的操作而无需修改原类实现。它提高了系统的可扩展性，降低了对数据结构的依赖，但同样在引入时需要考虑对访问操作的维护负担，以及拓展对系统的管理复杂性，因此选择使用时需进行周全的权衡。利用访问者模式可以极大提高代码的可维护性和可读性，是设计优雅架构的关键之一。