【设计模式】访问者模式（Visitor Pattern）: visitor.visit(), accept()

访问者模式（Visitor Pattern）简介

定义

访问者模式是一种行为型设计模式，它允许我们向一个类的对象添加新的操作，而不改变该类的定义。访问者模式将操作的定义与对象结构分离，使得操作可以独立地扩展。

适用场景

对象结构稳定，操作易变：如果需要频繁为一个对象结构添加新的操作，而对象结构本身不常变化。
跨多个类的操作：需要对不同类的对象执行多种操作，但不希望在这些类中直接添加操作逻辑。
需要避免对象结构类污染：不想将太多方法添加到对象结构类中。

优缺点

优点:

扩展性好：可以很方便地增加新的操作，而不影响原有类。
遵循单一职责原则：将操作逻辑和对象结构分离。
遵循开闭原则：对于添加新的操作开放，而不修改对象结构。

缺点:

违反依赖倒置原则：具体元素需要依赖于访问者接口。
增加复杂性：对于频繁变化的对象结构，修改代价较大。
双重分派：在某些语言中实现需要使用双重分派机制。

访问者模式的结构

访问者模式包含以下几个核心角色：

Visitor（访问者接口）：定义对对象结构中各类元素的访问操作。
ConcreteVisitor（具体访问者）：实现访问者接口，提供具体的操作。
Element（元素接口） ：定义一个接受访问者的方法（Accept），以便访问者可以访问其数据。
ConcreteElement（具体元素） ：实现元素接口，具体实现Accept方法。
ObjectStructure（对象结构）：存储不同类型的元素，可以让访问者逐一访问这些元素。

C# 实现访问者模式

以下是一个简单的 C# 示例，演示如何使用访问者模式：

using System;
using System.Collections.Generic;

// 访问者接口
public interface IVisitor
{
    void Visit(Book book);
    void Visit(Fruit fruit);
}

// 元素接口
public interface IElement
{
    void Accept(IVisitor visitor);
}

// 具体元素 - 书
public class Book : IElement
{
    public string Title { get; set; }
    public double Price { get; set; }

    public Book(string title, double price)
    {
        Title = title;
        Price = price;
    }

    public void Accept(IVisitor visitor)
    {
        visitor.Visit(this);
    }
}

// 具体元素 - 水果
public class Fruit : IElement
{
    public string Name { get; set; }
    public double Weight { get; set; }
    public double PricePerKg { get; set; }

    public Fruit(string name, double weight, double pricePerKg)
    {
        Name = name;
        Weight = weight;
        PricePerKg = pricePerKg;
    }

    public void Accept(IVisitor visitor)
    {
        visitor.Visit(this);
    }
}

// 具体访问者 - 打印信息
public class PrintVisitor : IVisitor
{
    public void Visit(Book book)
    {
        Console.WriteLine($"Book: {book.Title}, Price: {book.Price}");
    }

    public void Visit(Fruit fruit)
    {
        Console.WriteLine($"Fruit: {fruit.Name}, Weight: {fruit.Weight}kg, Price/kg: {fruit.PricePerKg}");
    }
}

// 具体访问者 - 计算总价格
public class PriceVisitor : IVisitor
{
    public double TotalPrice { get; private set; } = 0;

    public void Visit(Book book)
    {
        TotalPrice += book.Price;
    }

    public void Visit(Fruit fruit)
    {
        TotalPrice += fruit.Weight * fruit.PricePerKg;
    }
}

// 对象结构
public class ShoppingCart
{
    private readonly List<IElement> _items = new List<IElement>();

    public void AddItem(IElement item)
    {
        _items.Add(item);
    }

    public void Accept(IVisitor visitor)
    {
        foreach (var item in _items)
        {
            item.Accept(visitor);
        }
    }
}

// 测试代码
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 创建购物车并添加商品
        var cart = new ShoppingCart();
        cart.AddItem(new Book("C# Programming", 29.99));
        cart.AddItem(new Fruit("Apple", 2.5, 3.99));
        cart.AddItem(new Fruit("Banana", 1.2, 1.49));

        // 打印商品信息
        var printVisitor = new PrintVisitor();
        cart.Accept(printVisitor);

        // 计算总价
        var priceVisitor = new PriceVisitor();
        cart.Accept(priceVisitor);
        Console.WriteLine($"Total Price: {priceVisitor.TotalPrice}");
    }
}

代码说明

访问者接口（IVisitor） : 定义了访问Book和Fruit对象的操作。
元素接口（IElement） : 定义了Accept方法，接收访问者。
具体元素 : Book和Fruit实现了IElement接口。
具体访问者 : PrintVisitor实现了打印功能，PriceVisitor计算总价。
对象结构 : ShoppingCart管理一组IElement，并允许访问者访问它们。
双重分派 : 通过Accept方法实现访问者和元素的双重分派，访问者根据元素类型执行相应操作。

访问者模式的用途

报告生成器：如针对不同类型的对象生成各种报表。
编译器：在抽象语法树上操作。
数据分析工具：对不同类型的节点执行特定的分析逻辑。

通过访问者模式，您可以更灵活地扩展操作逻辑，同时保持对象结构的稳定性。