《JAVA与模式》之访问者模式

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在阎宏博士的《JAVA与模式》一书中开头是刚刚描述访问者(Visitor)模式的:

  访问者模式是对象的行为模式。访问者模式的目的是封装或多或少施加于某种生活数据底部形态元素之上的操作。一旦哪几种操作时需修改话语,接受或多或少操作的数据底部形态则还时需保持不变。

  变量被声明时的类型叫做变量的静态类型(Static Type),或多或少人又把静态类型叫做明显类型(Apparent Type);而变量所引用的对象的真实类型又叫做变量的实际类型(Actual Type)。比如:

List list = null;
list = new ArrayList();

  声明了4个 变量list,它的静态类型(也叫明显类型)是List,而它的实际类型是ArrayList。

  根据对象的类型而对办法 进行的选用,或多或少我派发(Dispatch),派发(Dispatch)又分为某种生活,即静态派发动态派发

  静态派发(Static Dispatch)位于在编译时期,派发根据静态类型信息位于。静态派发对于大伙来说不必陌生,办法 重载或多或少我静态派发。

  动态派发(Dynamic Dispatch)位于在运行时期,动态派发动态地置换掉某个办法 。

 静态派发

  Java通过办法 重载支持静态派发。用墨子骑马的故事作为例子,墨子还时需骑白马可能性黑马。墨子与白马、黑马和马的类图如下所示:

  在或多或少系统中,墨子由Mozi类代表

public class Mozi {
    
    public void ride(Horse h){
        System.out.println("骑马");
    }
    
    public void ride(WhiteHorse wh){
        System.out.println("骑白马");
    }
    
    public void ride(BlackHorse bh){
        System.out.println("骑黑马");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Horse wh = new WhiteHorse();
        Horse bh = new BlackHorse();
        Mozi mozi = new Mozi();
        mozi.ride(wh);
        mozi.ride(bh);
    }

}

  显然,Mozi类的ride()办法 是由4个 办法 重载而成的。某种个 办法 分别接受马(Horse)、白马(WhiteHorse)、黑马(BlackHorse)等类型的参数。

  没人 在运行时,守护进程会打印出哪几种结果呢?结果是守护进程会打印出相同的两行“骑马”。换言之,墨子发现他所骑的全是马。

  为哪几种呢?两次对ride()办法 的调用传入的是不同的参数,也或多或少我wh和bh。它们未必具有不同的真实类型,如何让它们的静态类型全是一样的,均是Horse类型。

  重载办法 的派发是根据静态类型进行的,或多或少派发过程在编译时期就完成了。

 动态派发

  Java通过办法 的重写支持动态派发。用马吃草的故事作为例子,代码如下所示:

public class Horse {
    
    public void eat(){
        System.out.println("马吃草");
    }
}
public class BlackHorse extends Horse {
    
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("黑马吃草");
    }
}
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Horse h = new BlackHorse();
        h.eat();
    }

}

  变量h的静态类型是Horse,而真实类型是BlackHorse。可能性上面最后一行的eat()办法 调用的是BlackHorse类的eat()办法 ,没人 上面打印的或多或少我“黑马吃草”;相反,可能性上面的eat()办法 调用的是Horse类的eat()办法 ,没人 打印的或多或少我“马吃草”。

  或多或少,大问题的核心或多或少我Java编译器在编译时期不必无缘无故知道哪几种代码会被执行,可能性编译器仅仅知道对象的静态类型,而谁能谁能告诉我对象的真实类型;而办法 的调用则是根据对象的真实类型,而全是静态类型。刚刚一来,上面最后一行的eat()办法 调用的是BlackHorse类的eat()办法 ,打印的是“黑马吃草”。

 派发的类型

  4个 办法 所属的对象叫做办法 的接收者,办法 的接收者与办法 的参数统称做办法 的宗量。比如下面例子中的Test类

public class Test {

    public void print(String str){
        System.out.println(str);
    }
}

  在上面的类中,print()办法 属于Test对象,或多或少它的接收者也或多或少我Test对象了。print()办法 有4个 参数是str,它的类型是String。

  根据派发还时需基于哪几个种宗量,还时需将面向对象的语言划分为单派发语言(Uni-Dispatch)和多派发语言(Multi-Dispatch)。单派发语言根据4个 宗量的类型进行对办法 的选用,多派发语言根据多于4个 的宗量的类型对办法 进行选用。

  C++和Java均是单派发语言,多派发语言的例子包括CLOS和Cecil。按照刚刚的区分,Java或多或少我动态的单派发语言,可能性或多或少语言的动态派发仅仅会考虑到办法 的接收者的类型,共同又是静态的多派发语言,可能性或多或少语言对重载办法 的派发会考虑到办法 的接收者的类型以及办法 的所有参数的类型。

  在4个 支持动态单派发的语言上面,有4个 条件决定了4个 请求会调用哪4个 操作:一是请求的名字,或多或少我接收者的真实类型。单派发限制了办法 的选用过程,使得不到4个 宗量还时需被考虑到,或多或少宗量通常或多或少我办法 的接收者。在Java语言上面,可能性4个 操作是作用于某个类型不明的对象上面,没人 对或多或少对象的真实类型测试仅会位于一次,这或多或少我动态的单派发的底部形态。

 双重派发

  4个 办法 根据4个 宗量的类型来决定执行不同的代码,这或多或少我“双重派发”。Java语言不支持动态的多派发,也就导致 着Java不支持动态的双派发。如何让通过使用设计模式,也还时需在Java语言里实现动态的双重派发。

  在Java中还时需通过两次办法 调用来达到两次派发的目的。类图如下所示:

  在图含有4个 对象,左边的叫做West,右边的叫做East。现在West对象首先调用East对象的goEast()办法 ,并将它我本人传入。在East对象被调用时,立即根据传入的参数知道了调用者是谁,于是反过来调用“调用者”对象的goWest()办法 。通过两次调用将守护进程控制权轮番交给4个 对象,其时序图如下所示:

  刚刚就再次无缘无故出现了两次办法 调用,守护进程控制权被4个 对象像传球一样,首先由West对象传给了East对象,如何让又被返传给了West对象。

  如何让仅仅返传了一下球,不必能处里双重派发的大问题。关键是如何利用这两次调用,以及Java语言的动态单派发功能,使得在或多或少传球的过程中,并能触发两次单派发。

  动态单派发在Java语言中是在子类重写父类的办法 时位于的。换言之,West和East都时需分别置身于我本人的类型等级底部形态中,如下图所示:

  源代码

  West类

public abstract class West {
    
    public abstract void goWest1(SubEast1 east);
    
    public abstract void goWest2(SubEast2 east);
}

  SubWest1类

public class SubWest1 extends West{
    
    @Override
    public void goWest1(SubEast1 east) {
        
        System.out.println("SubWest1 + " + east.myName1());
    }
    
    @Override
    public void goWest2(SubEast2 east) {
        
        System.out.println("SubWest1 + " + east.myName2());
    }
}

  SubWest2类

public class SubWest2 extends West{
    @Override
    public void goWest1(SubEast1 east) {
        
        System.out.println("SubWest2 + " + east.myName1());
    }
    
    @Override
    public void goWest2(SubEast2 east) {
        
        System.out.println("SubWest2 + " + east.myName2());
    }
}

  East类

public abstract class East {

    public abstract void goEast(West west);
}

  SubEast1类

public class SubEast1 extends East{
    @Override
    public void goEast(West west) {
        west.goWest1(this);
    }
    
    public String myName1(){
        return "SubEast1";
    }
}

  SubEast2类

public class SubEast2 extends East{
    @Override
    public void goEast(West west) {
        west.goWest2(this);
    }
    
    public String myName2(){
        return "SubEast2";
    }
}

  客户端类

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //组合1
        East east = new SubEast1();
        West west = new SubWest1();
        east.goEast(west);
        //组合2
        east = new SubEast1();
        west = new SubWest2();
        east.goEast(west);
    }

}

  运行结果如下


SubWest1 + SubEast1

SubWest2 + SubEast1


  系统运行时,会首先创建SubWest1和SubEast1对象,如何让客户端调用SubEast1的goEast()办法 ,并将SubWest1对象传入。可能性SubEast1对象重写了其超类East的goEast()办法 ,如何让,或多或少刚刚就位于了一次动态的单派发。当SubEast1对象接到调用时,会从参数中得到SubWest1对象,或多或少它就立即调用或多或少对象的goWest1()办法 ,并将我本人传入。可能性SubEast1对象有权选用调用哪4个 对象,如何让,在此时又进行一次动态的办法 派发。

  或多或少刚刚SubWest1对象就得到了SubEast1对象。通过调用或多或少对象myName1()办法 ,就还时需打印出我本人的名字和SubEast对象的名字,其时序图如下所示:

  可能性某种个 名字4个 来自East等级底部形态,刚刚来自West等级底部形态中,如何让,它们的组合式是动态决定的。这或多或少我动态双重派发的实现机制。

  访问者模式适用于数据底部形态相对未定的系统,它把数据底部形态和作用于底部形态上的操作之间的耦合解脱开,使得操作集合还时需相对自由地演化。访问者模式的简略图如下所示:

  数据底部形态的每4个 节点都还时需接受4个 访问者的调用,此节点向访问者对象传入节点对象,而访问者对象则反过来执行节点对象的操作。刚刚的过程叫做“双重派发”。节点调用访问者,将它我本人传入,访问者则将某算法针对此节点执行。访问者模式的示意性类图如下所示:

  

  访问者模式涉及到的角色如下:

  ●  抽象访问者(Visitor)角色:声明了4个 可能性多个办法 操作,形成所有的具体访问者角色时需实现的接口。

  ●  具体访问者(ConcreteVisitor)角色:实现抽象访问者所声明的接口,也或多或少我抽象访问者所声明的各个访问操作。

  ●  抽象节点(Node)角色:声明4个 接受操作,接受4个 访问者对象作为4个 参数。

  ●  具体节点(ConcreteNode)角色:实现了抽象节点所规定的接受操作。

  ●  底部形态对象(ObjectStructure)角色:有如下的责任,还时需遍历底部形态中的所有元素;可能性时需,提供4个 高层次的接口让访问者对象还时需访问每4个 元素;可能性时需,还时需设计成4个 复合对象可能性4个 聚集,如List或Set。

  源代码

  还时需看到,抽象访问者角色为每4个 具体节点都准备了4个 访问操作。可能性有4个 节点,如何让,对应全是4个 访问操作。

public interface Visitor {
    /**
     * 对应于NodeA的访问操作
     */
    public void visit(NodeA node);
    /**
     * 对应于NodeB的访问操作
     */
    public void visit(NodeB node);
}

  具体访问者VisitorA类

public class VisitorA implements Visitor {
    /**
     * 对应于NodeA的访问操作
     */
    @Override
    public void visit(NodeA node) {
        System.out.println(node.operationA());
    }
    /**
     * 对应于NodeB的访问操作
     */
    @Override
    public void visit(NodeB node) {
        System.out.println(node.operationB());
    }

}

  具体访问者VisitorB类

public class VisitorB implements Visitor {
    /**
     * 对应于NodeA的访问操作
     */
    @Override
    public void visit(NodeA node) {
        System.out.println(node.operationA());
    }
    /**
     * 对应于NodeB的访问操作
     */
    @Override
    public void visit(NodeB node) {
        System.out.println(node.operationB());
    }

}

  抽象节点类

public abstract class Node {
    /**
     * 接受操作
     */
    public abstract void accept(Visitor visitor);
}

  具体节点类NodeA

public class NodeA extends Node{
    /**
     * 接受操作
     */
    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
    /**
     * NodeA特有的办法

     */
    public String operationA(){
        return "NodeA";
    }

}

  具体节点类NodeB

public class NodeB extends Node{
    /**
     * 接受办法

     */
    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
    /**
     * NodeB特有的办法

     */
    public String operationB(){
        return "NodeB";
    }
}

  底部形态对象角色类,或多或少底部形态对象角色持有4个 聚集,并向外界提供add()办法 作为对聚集的管理操作。通过调用或多或少办法 ,还时需动态地增加4个 新的节点。

public class ObjectStructure {
    
    private List<Node> nodes = new ArrayList<Node>();
    
    /**
     * 执行办法

操作
     */
    public void action(Visitor visitor){
        
        for(Node node : nodes)
        {
            node.accept(visitor);
        }
        
    }
    /**
     * 加带4个

新元素
     */
    public void add(Node node){
        nodes.add(node);
    }
}

  客户端类

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //创建4个

底部形态对象
        ObjectStructure os = new ObjectStructure();
        //给底部形态增加4个

节点
        os.add(new NodeA());
        //给底部形态增加4个

节点
        os.add(new NodeB());
        //创建4个

访问者
        Visitor visitor = new VisitorA();
        os.action(visitor);
    }

}

  未必在或多或少示意性的实现里并没人 再次无缘无故出现4个 繁杂的具有多个树枝节点的对象树底部形态,如何让,在实际系统中访问者模式通常是用来处里繁杂的对象树底部形态的,如何让访问者模式还时需用来处里跨太多个等级底部形态的树底部形态大问题。这正是访问者模式的功能强大之处。

  准备过程时序图

  首先,或多或少示意性的客户端创建了4个 底部形态对象,如何让将4个 新的NodeA对象和4个 新的NodeB对象传入。

  其次,客户端创建了4个 VisitorA对象,并将此对象传给底部形态对象。

  如何让,客户端调用底部形态对象聚集管理办法 ,将NodeA和NodeB节点加入到底部形态对象中去。

  最后,客户端调用底部形态对象的行动办法 action(),启动访问过程。

  

  访问过程时序图

  

  底部形态对象会遍历它我本人所保存的聚集中的所有节点,在本系统中或多或少我节点NodeA和NodeB。首先NodeA会被访问到,或多或少访问是由以下的操作组成的:

  (1)NodeA对象的接受办法 accept()被调用,并将VisitorA对象某种生活传入;

  (2)NodeA对象反过来调用VisitorA对象的访问办法 ,并将NodeA对象某种生活传入;

  (3)VisitorA对象调用NodeA对象的特有办法 operationA()。

  从而就完成了双重派发过程,接着,NodeB会被访问,或多或少访问的过程和NodeA被访问的过程是一样的,这里不再叙述。

  ●  好的扩展性

  并能在不修改对象底部形态中的元素的状态下,为对象底部形态中的元素加带新的功能。

  ●  好的复用性

  还时需通过访问者来定义整个对象底部形态通用的功能,从而提高复用程度。

  ●  分离无关行为

  还时需通过访问者来分离无关的行为,把相关的行为封放入去去共同,构成4个 访问者,刚刚每4个 访问者的功能都比较单一。

  ●  对象底部形态变化很困难

  不适用于对象底部形态中的类无缘无故变化的状态,可能性对象底部形态位于了改变,访问者的接口和访问者的实现全是位于相应的改变,代价太高。

  ●  破坏封装

  访问者模式通常时需对象底部形态开放内部内部结构数据给访问者和ObjectStructrue,这破坏了对象的封装性。