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设计模式:访问者(Visitor)模式

一、前言

   什么叫做访问,如果大家学过数据结构,对于这点就很清晰了,遍历就是访问的一般形式,单独读取一个元素进行相应的处理也叫作访问,读取到想要查看的内容+对其进行处理就叫做访问,那么我们平常是怎么访问的,基本上就是直接拿着需要访问的地址(引用)来读写内存就可以了。

   为什么还要有一个访问者模式呢,这就要放到OOP之中了,在面向对象编程的思想中,我们使用类来组织属性,以及对属性的操作,那么我们理所当然的将访问操作放到了类的内部,这样看起来没问题,但是当我们想要使用另一种遍历方式要怎么办呢,我们必须将这个类进行修改,这在设计模式中是大忌,在设计模式中就要保证,对扩展开放,对修改关闭的开闭原则。

   因此,我们思考,可不可以将访问操作独立出来变成一个新的类,当我们需要增加访问操作的时候,直接增加新的类,原来的代码不需要任何的改变,如果可以这样做,那么我们的程序就是好的程序,因为可以扩展,符合开闭原则。而访问者模式就是实现这个的,使得使用不同的访问方式都可以对某些元素进行访问。

二、代码

Element 接口:
1 package zyr.dp.visitor;
2 
3 public interface Element {
4 
5     public abstract void accept(Visitor visitor);
6     
7 }
Entry 类:
 1 package zyr.dp.visitor;
 2 
 3 import java.util.Iterator;
 4 
 5 public abstract class Entry implements Element{
 6     public abstract String getName();
 7     public abstract int getSize();
 8     public abstract void printList(String prefix);
 9     public  void printList(){
10         printList("");
11     }
12     public  Entry add(Entry entry) throws RuntimeException{
13         throw new RuntimeException();
14     }
15     public  Iterator iterator() throws RuntimeException{
16         throw new RuntimeException();
17     }
18     public  String toString(){
19         return getName()+"<"+getSize()+">";
20     }
21 }
File 类:
 1 package zyr.dp.visitor;
 2 
 3 public class File extends Entry {
 4 
 5     private String name;
 6     private int size;
 7     public File(String name,int size){
 8         this.name=name;
 9         this.size=size;
10     }
11     public String getName() {
12         return name;
13     }
14 
15     public int getSize() {
16         return size;
17     }
18 
19     public void printList(String prefix) {
20         System.out.println(prefix+"/"+this);
21     }
22     public void accept(Visitor visitor) {
23        //  System.out.println("开始访问文件:"+this);
24         visitor.visit(this);
25        // System.out.println("结束访问文件:"+this);
26        // System.out.println();
27     }
28 
29 }

 Directory类:

 1 package zyr.dp.visitor;
 2 
 3 import java.util.ArrayList;
 4 import java.util.Iterator;
 5 
 6 public class Directory extends Entry {
 7 
 8     String name;
 9     ArrayList entrys=new ArrayList();
10     public Directory(String name){
11         this.name=name;
12     }
13     public String getName() {
14         return name;
15     }
16 
17     public int getSize() {
18         int size=0;
19         Iterator it=entrys.iterator();
20         while(it.hasNext()){
21             size+=((Entry)it.next()).getSize();
22         }
23         return size;
24     }
25 
26     public Entry add(Entry entry) {
27         entrys.add(entry);
28         return this;
29     }
30     
31     public Iterator iterator() {
32         return entrys.iterator();
33     }
34     
35     public void printList(String prefix) {
36         System.out.println(prefix+"/"+this);
37         Iterator it=entrys.iterator();
38         Entry entry;
39         while(it.hasNext()){
40             entry=(Entry)it.next();
41             entry.printList(prefix+"/"+name);
42         }
43     }
44     public void accept(Visitor visitor) {
45       //  System.out.println("开始访问文件夹:"+this);
46         visitor.visit(this);
47      //   System.out.println("结束访问文件夹:"+this);
48      //   System.out.println();
49     }
50 
51 }
Visitor 类:
1 package zyr.dp.visitor;
2 
3 public abstract class Visitor {
4 
5     public abstract void visit(File file);
6     public abstract void visit(Directory directory);
7     
8 }

  ListVisitor类:

 1 package zyr.dp.visitor;
 2 
 3 import java.util.Iterator;
 4 
 5 public class ListVisitor extends Visitor {
 6 
 7     String currentDir = "";
 8     public void visit(File file) {
 9         System.out.println(currentDir+"/"+file);
10     }
11 
12     public void visit(Directory directory) {
13         System.out.println(currentDir+"/"+directory);
14         String saveDir=currentDir;
15         currentDir+=("/"+directory.getName());
16         Iterator it=directory.iterator();
17         while(it.hasNext()){
18             Entry entry=(Entry)it.next();
19             entry.accept(this);
20         }
21         currentDir=saveDir;
22     }
23 
24 }
FileVisitor 类:
 1 package zyr.dp.visitor;
 2 
 3 import java.util.ArrayList;
 4 import java.util.Iterator;
 5 
 6 public class FileVisitor extends Visitor {
 7 
 8     String currentDir = "";
 9     String suffix;
10     ArrayList files=new ArrayList();
11     
12     public FileVisitor(String suffix){
13          this.suffix = suffix;
14     }
15     
16     public void visit(File file) {
17         if(file.getName().endsWith(suffix)){
18          // System.out.println(currentDir+"/"+file);
19             files.add(currentDir+"/"+file);
20         }
21     }
22 
23     public void visit(Directory directory) {
24         String saveDir=currentDir;
25         currentDir+=("/"+directory.getName());
26         Iterator it=directory.iterator();
27         while(it.hasNext()){
28             Entry entry=(Entry)it.next();
29             entry.accept(this);
30         }
31         currentDir=saveDir;
32     }
33     Iterator getFiles(){
34         return files.iterator();
35     }
36 
37 }

 Main类:

 1 package zyr.dp.visitor;
 2 
 3 import java.util.Iterator;
 4 
 5 
 6 public class Main {
 7 
 8     public static void main(String[] args) {
 9 
10         Directory root=new Directory("根目录");
11         
12         Directory life=new Directory("我的生活");
13         File eat=new File("吃火锅.txt",100);
14         File sleep=new File("睡觉.html",100);
15         File study=new File("学习.txt",100);
16         life.add(eat);
17         life.add(sleep);
18         life.add(study);
19         
20         Directory work=new Directory("我的工作");
21         File write=new File("写博客.doc",200);
22         File paper=new File("写论文.html",200);
23         File homework=new File("写家庭作业.docx",200);
24         work.add(write);
25         work.add(paper);
26         work.add(homework);
27         
28         Directory relax=new Directory("我的休闲");
29         File music=new File("听听音乐.js",200);
30         File walk=new File("出去转转.psd",200);
31         relax.add(music);
32         relax.add(walk);
33         
34         Directory read=new Directory("我的阅读");
35         File book=new File("学习书籍.psd",200);
36         File novel=new File("娱乐小说.txt",200);
37         read.add(book);
38         read.add(novel);
39         
40         root.add(life);
41         root.add(work);
42         root.add(relax);
43         root.add(read);
44         
45         root.accept(new ListVisitor());
46         System.out.println("========================");
47         FileVisitor visitor=new FileVisitor(".psd");
48         root.accept(visitor);
49         Iterator it = visitor.getFiles();
50         while(it.hasNext()){
51             System.out.println(it.next());
52         }
53         
54     }
55 
56 }

 运行结果:

  可以看到我们的运行结果第一个和使用Composite模式的结果一样,第二个是实现另一种方式的访问,只访问文件后缀为某一特定的内容的文件,结果也是正确的,并且为了说明我们的访问还可以保存下来访问的结果,我们使用了ArrayList自带的迭代器将保存到ArrayList中的结果输出出来,我们当然也可以直接在遍历的时候就输出出来,这个看我们的使用要求了。由此可以看到在保证数据结构(File和Directory)不发生变化的情况下(没有新增或者删除),可以非常方便增加新的一种访问方法,只需要新增加一个访问类即可,但是如果我们数据结构发生变化之后,就需要修改继承自Visitor类的所有类了,这也违背了开闭原则,因此我们应该认真考虑,到底我们的数据结构是定死的还是经常变化的。没有任何一种设计模式是十全十美的,总是有所取舍,有所利弊,根据实际情况来选择才是最好的设计方法。

   这里要说明一下双重分发机制,我们来看一下最核心的遍历逻辑,结合组合模式的时候我们已经分析过的遍历方法,递归,大家觉得这次我们要怎么在数据结构外面进行遍历,肯定还是要使用递归了,可是数据结构中的数据在类的内部,怎么递归到内部呢,我们想到了间接递归,也就是双重分发。

1     public void printList(String prefix) {
2         System.out.println(prefix+"/"+this);
3         Iterator it=entrys.iterator();
4         Entry entry;
5         while(it.hasNext()){
6             entry=(Entry)it.next();
7             entry.printList(prefix+"/"+name);
8         }
9     }

  上面的代码是在组合模式类的内部遍历的过程,可以明确的看到递归(直接递归)的使用。我们看一下访问者模式中的间接递归:

 Directory类中:

    public void accept(Visitor visitor) {
        //System.out.println("开始访问文件夹:"+this);
        visitor.visit(this);
        //System.out.println("结束访问文件夹:"+this);
        //System.out.println();
    }

 File类:

1     public void accept(Visitor visitor) {
2         //System.out.println("开始访问文件:"+this);
3         visitor.visit(this);
4         //System.out.println("结束访问文件:"+this);
5         //System.out.println();
6     }

 在ListVisitor中:

 1     public void visit(File file) {
 2         System.out.println(currentDir+"/"+file);
 3     }
 4 
 5     public void visit(Directory directory) {
 6         System.out.println(currentDir+"/"+directory);
 7         String saveDir=currentDir;
 8         currentDir+=("/"+directory.getName());
 9         Iterator it=directory.iterator();
10         while(it.hasNext()){
11             Entry entry=(Entry)it.next();
12             entry.accept(this);
13         }
14         currentDir=saveDir;
15     }

  我们看到了entry.accept(this)这句话,这句话是非常重要的,我们在Main中是这样用的:

1     root.accept(new ListVisitor());

  那么串连起来,在Main中我们通过Directory或者File类型的对象调用accept(访问者)方法,接受访问者的访问,这是访问者和被访问者的第一次亲密接触,亲近对方就是为了获得对方的数据,然后才能对对方的数据进行使用,那么怎么拿到的呢?!我们看到了这句visitor.visit(this);这句话无疑是重要的,被调用者告诉访问者,我将我的内容this,全部给你了,以后访问者就可以对this所指代的被访问者的内容进行操作了,分为两类,如果被访问者是File文件类型的,就会直接输出内容,到达叶子结点,访问结束;如果是文件夹,那就非常有意思了,首先我们仍旧是让被访问者将自己的内容交给访问者visitor.visit(this);,之后public void visit(Directory directory)被调用,通过遍历的方式将属于这个文件夹下面的数据全部拿到Iterator it=directory.iterator();,然后开始一个个的处理,怎么处理呢,继续访问属于这个文件夹下面对象的accept()方法使用entry.accept(this);,来将访问者交过去,交给谁?!肯定是给entry所指的对象,也就是文件夹里面的子文件夹或者文件,如果是文件的话,继续在自己的方法中调用visitor.visit(this);,最终落实到调用 public void visit(File file)通过System.out.println(currentDir+"/"+file);访问结束,如果不是文件呢?若为文件夹,则继续调用属于文件夹的方法,就这样不断地往下面查找,一直到遍历完文件夹下面的所有的元素,因此也是深度优先遍历。就这样通过压栈和出栈,我们完成了最终的遍历,最终的出口有两个,一个是访问文件,输出之后结束,另一个是遍历完文件夹,即使文件夹下面没有文件依旧结束。

1 root.accept(new ListVisitor());
1     public void accept(Visitor visitor) {
2         visitor.visit(this);
3     }
 1     public void visit(File file) {
 2         System.out.println(currentDir+"/"+file);
 3     }
 4 
 5     public void visit(Directory directory) {
 6         System.out.println(currentDir+"/"+directory);
 7         String saveDir=currentDir;
 8         currentDir+=("/"+directory.getName());
 9         Iterator it=directory.iterator();
10         while(it.hasNext()){
11             Entry entry=(Entry)it.next();
12             entry.accept(this);
13         }
14         currentDir=saveDir;
15     }

  在accept函数中调用visit,同样在visit中调用accept,这就是间接递归,或者叫做双重分发。产生的原因就是访问者需要和被访问者相互交流,才能一步步的得到想要的数据。我们可以考虑主持人采访一个明星,那么这个明星接受采访,把自己基本信息(能问的问题以及某些答案)告诉主持人,问主持人有问题吗?如果主持人有问题(还能向下问)要问那么就再次拿着新的问题问这个明星,这个明星再次将自己关于这方面的信息告诉主持人;如果没有问题(得到答案),主持人将信息总结之后说出来。就这样一直持续下去,直到主持人没问题问了,并且明星的信息也都被问到了,这样采访就结束了。由此可见,很多时候设计模式都是和生活密切相关的,生活中的常识有时候就是一些套路,而这种套路就是一种抽象的模式。

三、总结

  访问者模式是一个非常有意思的模式,因为自己需要得到数据就需要向被访者索取,如果能够一次索取成功,访问就结束了,如果还需要其他信息,则再次向被访问者索取,就这样知道拿到自己需要的所有数据。在本例中借用了组合模式中的数据结构,那是因为这种树形的结构很适合我们进行递归访问。访问者模式和迭代器模式都是在某种数据结构上进行处理,一种是对数据结构中的元素进行某种特定的处理,另一种是用某种方式遍历所有元素。在实际应用中,我们根据实际需要来考虑是不是需要双重分发机制。在本例中的访问者模式中用到了组合模式、委托(组合)、双重分发等原理,便于新增访问方式,不便于对数据结构的修改。

  程序代码