访问者模式【行为模式C++】-编程知识

1.概述

访问者模式是一种行为设计模式，它能将算法与其所作用的对象隔离开来。

访问者模式主要解决的是数据与算法的耦合问题，尤其是在数据结构比较稳定，而算法多变的情况下。为了不污染数据本身，访问者会将多种算法独立归档，并在访问数据时根据数据类型自动切换到对应的算法，实现数据的自动响应机制，并确保算法的自由扩展。

访问者模式在实际开发中使用的非常少，因为它比较难以实现并且应用该模式肯能会导致代码的可读性变差，可维护性变差，在没有特别必要的情况下，不建议使用访问者模式。

2.结构

访问者模式结构包括以下几个要素：

抽象访问者（Visitor）角色：可以是接口或者抽象类，定义了一系列操作方法，用来处理所有数据元素，通常为同名的访问方法，并以数据元素类作为入参来确定那个重载方法被调用。
具体访问者（ConcreteVisitor）角色：访问者接口的实现类，可以有多个实现，每个访问者都需要实现所有数据元素类型的访问重载方法。
抽象元素（Element）角色：被访问的数据元素接口，定义了一个接受访问者的方法（ accept ），其意义是指，每一个元素都要可以被访问者访问。
具体元素（ConcreteElement）角色：具体数据元素实现类，提供接受访问方法的具体实现，而这个具体的实现，通常情况下是使用访问者提供的访问该元素类的方法，其accept实现方法中调用访问者并将自己 "this" 传回。
客户端 ( Client ) : 使用容器并初始化其中各类数据元素，并选择合适的访问者处理容器中的所有数据对象。

3.实现

3.1 实例类比

假如有这样一位非常希望赢得新客户的资深保险代理人。他可以拜访街区中的每栋楼，尝试向每个路人推销保险。所以，根据大楼内组织类型的不同，他可以提供专门的保单：

如果建筑是居民楼，他会推销医疗保险。
如果建筑是银行，他会推销失窃保险。

3.2 实例引入

　　访问者模式可以被用于实现 KPI（关键绩效指标）考核系统。在这个场景下，你可以将员工、团队等作为对象结构的元素，而不同的 KPI 考核指标（如工作绩效、创新能力、团队协作等）作为不同的访问者。这样，你就可以灵活地添加新的考核指标，而无需修改对象结构中的元素类。

3.3 结构分析

在这个案例中，代码中的各个结构可以对应到策略模式中的不同角色：

抽象访问者（Visitor）角色：对应代码Visitor接口，用于处理所有员工数据元素。
具体访问者（ConcreteVisitor）角色：对应代码KPIVisitor，访问者具体实现。
抽象元素（Element）角色：对应代码Employee，定义了一个接受访问者的方法（ accept ），便于每一个元素都要可以被访问者访问。
具体元素（ConcreteElement）角色：：对应代码Manager、Engineer，具体员工数据元素实现类，提供接受访问方法的具体实现，通常情况下accept实现方法中调用访问者并将自己 "this" 传回。

类图如下：

3.4 具体实现

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
// 元素接口：员工
// 访问者接口：KPI 考核
class Visitor;
class Engineer;
class Manager;class Employee {
public:virtual void accept(Visitor* visitor) = 0;
};class Visitor {
public:virtual void visit(Engineer* engineer) = 0;virtual void visit(Manager* manager) = 0;
};// 具体元素类：工程师
class Engineer :public Employee {public:void accept(Visitor* visitor) {visitor->visit(this);}// 工程师的特有方法void doCoding() {std::cout << "工程师正在编码..." << endl;}
};// 具体元素类：项目经理
class Manager :public Employee {public:void accept(Visitor* visitor) {visitor->visit(this);}// 经理的特有方法void manageTeam() {std::cout << "经理正在管理团队..." << endl;}
};// 具体访问者类：KPI 考核实现
class KPIVisitor :public Visitor {public:void visit(Engineer *engineer) {std::cout << "工程师的工作绩效考核中..." << endl;engineer->doCoding();  // 工程师的特有工作}void visit(Manager* manager) {std::cout << "项目经理的工作绩效考核中..." << endl;manager->manageTeam();  // 经理的特有工作}
};// 客户端测试int main() {Employee *engineer = new Engineer();Employee *manager = new Manager();Visitor *kpiVisitor = new KPIVisitor();// 对工程师进行 KPI 考核engineer->accept(kpiVisitor);// 对经理进行 KPI 考核manager->accept(kpiVisitor);return 0;
}

3.5 运行结果

4.访问者模式优缺点

优点：

扩展性好。在不修改对象结构中的元素的情况下，为对象结构中的元素添加新的功能。
复用性好。通过访问者来定义整个对象结构通用的功能，从而提高复用程度。
分离无关行为。通过访问者来分离无关的行为，把相关的行为封装在一起，构成一个访问者，这样每一个访问者的功能都比较单一。

缺点：

对象结构变化很困难。在访问者模式中，每增加一个新的元素类，都要在每一个具体访问者类中增加相应的具体操作，这违背了“开闭原则”。
违反了依赖倒置原则。访问者模式依赖了具体类，而没有依赖抽象类。
违反了单一职责原则。访问者模式将相关操作集中到访问者类中，可能导致该类承担过多的责任，违反单一职责原则。
违反了开放封闭原则。如果系统中新增了一个元素类，所有的具体访问者类都需要修改，不符合开闭原则。

5.应用场景

当对象的数据结构相对稳定，而操作却经常变化的时候。
比如，编译器的语法树分析：编译器可以使用访问者模式来遍历语法树，对不同类型的节点执行不同的操作。
需要将数据结构与不常用的操作进行分离的时候。
比如，扫描文件内容这个动作通常不是文件常用的操作，但是对于文件夹和文件来说，和数据结构本身没有太大关系（树形结构的遍历操作），扫描是一个额外的动作，如果给每个文件都添加一个扫描操作会太过于重复，这时采用访问者模式是非常合适的，能够很好分离文件自身的遍历操作和外部的扫描操作。
需要在运行时动态决定使用哪些对象和方法的时候。
比如，对于监控系统来说，很多时候需要监控运行时的程序状态，但大多数时候又无法预知对象编译时的状态和参数，这时使用访问者模式就可以动态增加监控行为。