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访问者模式

ai 2025/7/13 17:58:41

访问者模式（Visitor Pattern）是一种行为设计模式，它允许你在不改变对象结构的前提下，定义作用于这些对象元素的新操作。下面为你详细介绍其原理和应用示例。

原理

访问者模式的核心思想是将数据结构和对数据的操作分离开来。它包含两个主要部分：

元素（Element）：表示数据结构中的各个对象，这些对象通常有一个接受访问者的方法 accept，该方法会调用访问者的相应访问方法。
访问者（Visitor）：定义了对元素的各种操作，每个操作对应一个访问方法。当访问者访问元素时，元素会调用访问者的相应方法，从而实现对元素的操作。

访问者模式的主要优点包括：

可扩展性：可以在不修改元素类的情况下，新增对元素的操作。
分离关注点：将数据结构和操作分离，使代码更加清晰和易于维护。

应用示例

以下是一个简单的 C++ 示例，演示了访问者模式的应用。假设我们有一个图形系统，包含圆形和矩形两种图形，我们希望实现一个计算图形面积和周长的功能。

#include <iostream>
#include <vector>// 前向声明
class Circle;
class Rectangle;// 访问者接口
class Visitor {
public:virtual void visit(Circle* circle) = 0;virtual void visit(Rectangle* rectangle) = 0;virtual ~Visitor() {}
};// 元素接口
class Shape {
public:virtual void accept(Visitor* visitor) = 0;virtual ~Shape() {}
};// 具体元素：圆形
class Circle : public Shape {
private:double radius;
public:Circle(double r) : radius(r) {}double getRadius() const { return radius; }void accept(Visitor* visitor) override {visitor->visit(this);}
};// 具体元素：矩形
class Rectangle : public Shape {
private:double width;double height;
public:Rectangle(double w, double h) : width(w), height(h) {}double getWidth() const { return width; }double getHeight() const { return height; }void accept(Visitor* visitor) override {visitor->visit(this);}
};// 具体访问者：计算面积
class AreaVisitor : public Visitor {
public:void visit(Circle* circle) override {double area = 3.14 * circle->getRadius() * circle->getRadius();std::cout << "Circle area: " << area << std::endl;}void visit(Rectangle* rectangle) override {double area = rectangle->getWidth() * rectangle->getHeight();std::cout << "Rectangle area: " << area << std::endl;}
};// 具体访问者：计算周长
class PerimeterVisitor : public Visitor {
public:void visit(Circle* circle) override {double perimeter = 2 * 3.14 * circle->getRadius();std::cout << "Circle perimeter: " << perimeter << std::endl;}void visit(Rectangle* rectangle) override {double perimeter = 2 * (rectangle->getWidth() + rectangle->getHeight());std::cout << "Rectangle perimeter: " << perimeter << std::endl;}
};int main() {std::vector<Shape*> shapes;shapes.push_back(new Circle(5));shapes.push_back(new Rectangle(3, 4));AreaVisitor areaVisitor;PerimeterVisitor perimeterVisitor;// 计算面积for (Shape* shape : shapes) {shape->accept(&areaVisitor);}// 计算周长for (Shape* shape : shapes) {shape->accept(&perimeterVisitor);}// 释放内存for (Shape* shape : shapes) {delete shape;}return 0;
}

代码解释

Visitor 接口：定义了两个访问方法 visit(Circle* circle) 和 visit(Rectangle* rectangle)，分别用于访问圆形和矩形。
Shape 接口：定义了一个接受访问者的方法 accept(Visitor* visitor)，所有具体元素类都需要实现该方法。
Circle 和 Rectangle 类：具体元素类，实现了 accept 方法，在该方法中调用访问者的相应访问方法。
AreaVisitor 和 PerimeterVisitor 类：具体访问者类，实现了 Visitor 接口的访问方法，分别用于计算图形的面积和周长。
main 函数：创建了一个图形列表，分别使用 AreaVisitor 和 PerimeterVisitor 对图形进行访问，计算并输出图形的面积和周长。