C++如何实现一个访问者模式(Visitor Pattern)_C++设计模式与访问者实现

访问者模式通过双重分发在不修改元素类的前提下扩展操作，由抽象元素、具体元素、抽象访问者、具体访问者和对象结构组成，适用于元素稳定但操作多变的场景，如AST处理，优点是符合开闭原则，缺点是新增元素需修改所有访问者。

访问者模式（Visitor Pattern）是一种行为型设计模式，它允许你在不修改对象结构的前提下，为对象结构中的元素添加新的操作。C++中实现访问者模式的关键在于双重分发（Double Dispatch），通过虚函数机制实现动态调用。

访问者模式的核心组成

访问者模式包含以下几个核心部分：

• 抽象元素（Element）：定义一个accept方法，接收访问者对象。
• 具体元素（ConcreteElement）：实现accept方法，调用访问者的visit方法。
• 抽象访问者（Visitor）：声明一组visit函数，对应不同的元素类型。
• 具体访问者（ConcreteVisitor）：实现具体的访问逻辑。
• 对象结构（ObjectStructure）：如容器，用于遍历并接受访问者。

代码实现示例

下面是一个简单的C++实现，模拟对不同形状进行“绘制”和“计算面积”的操作：

// 抽象访问者class ShapeVisitor;

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// 抽象元素class Shape {public:virtual ~Shape() = default;virtual void accept(ShapeVisitor& visitor) = 0;};

// 具体元素：圆形class Circle : public Shape {public:double radius;Circle(double r) : radius(r) {}

<strong>void accept(ShapeVisitor& visitor) override {</strong>
    <strong>visitor.visit(*this);</strong>
<strong>}</strong>

};

// 具体元素：矩形class Rectangle : public Shape {public:double width, height;Rectangle(double w, double h) : width(w), height(h) {}

<strong>void accept(ShapeVisitor& visitor) override {</strong>
    <strong>visitor.visit(*this);</strong>
<strong>}</strong>

};

// 抽象访问者class ShapeVisitor {public:virtual ~ShapeVisitor() = default;virtual void visit(Circle& circle) = 0;virtual void visit(Rectangle& rectangle) = 0;};

// 具体访问者：绘图class DrawVisitor : public ShapeVisitor {public:void visit(Circle& circle) override {std::cout << "绘制半径为 " << circle.radius << " 的圆形\n";}

<strong>void visit(Rectangle& rectangle) override {</strong>
    <strong>std::cout << "绘制宽 " << rectangle.width << " 高 " << rectangle.height << " 的矩形\n";</strong>
<strong>}</strong>

};

// 具体访问者：计算面积class AreaVisitor : public ShapeVisitor {public:double totalArea = 0.0;

<strong>void visit(Circle& circle) override {</strong>
    <strong>double area = 3.14159 * circle.radius * circle.radius;</strong>
    <strong>std::cout << "圆形面积: " << area << "\n";</strong>
    <strong>totalArea += area;</strong>
<strong>}</strong>

<strong>void visit(Rectangle& rectangle) override {</strong>
    <strong>double area = rectangle.width * rectangle.height;</strong>
    <strong>std::cout << "矩形面积: " << area << "\n";</strong>
    <strong>totalArea += area;</strong>
<strong>}</strong>

};

// 使用示例int main() {std::vector<std::unique_ptr> shapes;shapes.push_back(std::make_unique(5.0));shapes.push_back(std::make_unique(4.0, 6.0));

<strong>DrawVisitor drawVisitor;</strong>
<strong>AreaVisitor areaVisitor;</strong>

<strong>for (auto& shape : shapes) {</strong>
    <strong>shape->accept(drawVisitor);</strong>
<strong>}</strong>

<strong>for (auto& shape : shapes) {</strong>
    <strong>shape->accept(areaVisitor);</strong>
<strong>}</strong>

<strong>std::cout << "总面积: " << areaVisitor.totalArea << "\n";</strong>
<strong>return 0;</strong>

}

使用场景与优缺点

访问者模式适合以下情况：

• 需要对一个对象结构中的多种元素执行不同的操作，且希望将操作分离。
• 元素类相对稳定，但操作经常扩展。
• 避免在元素类中不断添加新方法导致职责膨胀。

优点：

• 符合开闭原则：新增操作只需添加新的访问者。
• 集中相关操作，便于维护。

缺点：

• 增加新元素类型时，所有访问者都要修改。
• 破坏封装性：访问者可能需要访问元素的内部数据。
• 代码复杂度提高，理解成本上升。

基本上就这些。访问者模式在编译器、AST处理、UI控件遍历等场景中较为常见，合理使用能提升系统扩展性。

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