如何以優美的方式使用Java訪客模式來處理物件結構

介紹

Java訪客模式(Visitor Pattern)是一種行為型設計模式,它允許將演算法與其所操作的物件分離.該模式定義了一個訪客物件,它可以存取不同類型的物件並執行一些操作,同時也能讓你在不修改現有程式碼的情況下,新增新的操作.

再訪客模式中,有兩個重要的角色:訪客和元素. 元素是一個物件結構的組成部分.訪客是一個表示要執行的操作的物件.訪客可以透過元素的接受方法來存取元素.

Java訪客模式通常涉及以下5種角色:

• 抽象訪客(Visitor):定義了可以存取每個元素的存取方法.

• 特定訪客(Concrete Visitor ):實作了抽象訪客定義的存取方法,包含針對不同元素的具體操作.

• #抽像元素(Element):定義了一個接受訪問者物件的方法,使訪問者可以存取自己.

• 具體元素(Concrete Element):實作了抽像元素定義的接受訪問者方法,使訪客能夠存取自己.

• ##物件結構(Object Structure):包含元素的集合,可以提供迭代器遍歷元素,並且可以接受訪客的存取.

實作

動物園中有不同種類的動物,包括狗,貓和鳥.訪客模式可以用於統計不同類型的動物的個數,以及不同類型的動物的屬性資訊.

##抽像元素

public interface Animal {
    void accept(Visitor visitor);
}

具體元素

@Data
public class Bird implements Animal{
    private String name;
    private String habitat;
    public Bird(String name, String habitat) {
        this.name = name;
        this.habitat = habitat;
    }
    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visitor(this);
    }
}
@Data
public class Cat implements Animal{
    private String sound;
    private int age;
    public Cat(String sound, int age) {
        this.sound = sound;
        this.age = age;
    }
    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visitor(this);
    }
}
@Data
public class Dog implements Animal{
    private String color;
    private int size;
    public Dog(String color, int size) {
        this.color = color;
        this.size = size;
    }
    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visitor(this);
    }
}

抽象訪客

public interface Visitor {
    void visitor(Dog dog);
    void visitor(Cat cat);
    void visitor(Bird bird);
}

特定訪客

public class AnimalCountVisitor implements Visitor{
    private int dogCount;
    private int birdCount;
    private int catCount;
    @Override
    public void visitor(Dog dog) {
        dogCount++;
    }
    @Override
    public void visitor(Cat cat) {
        catCount++;
    }
    @Override
    public void visitor(Bird bird) {
        birdCount++;
    }
    public void printCount(){
        System.out.println("狗的个数:"+dogCount);
        System.out.println("猫的个数:"+catCount);
        System.out.println("鸟的个数:"+birdCount);
    }
}
public class AnimalFeatureVisitor implements Visitor {
    private List<String> features;
    public AnimalFeatureVisitor() {
        features = new ArrayList<>();
    }
    @Override
    public void visitor(Dog dog) {
        features.add("Dog:color=" + dog.getColor() + ",size=" + dog.getSize());
    }
    @Override
    public void visitor(Cat cat) {
        features.add("Car:sound=" + cat.getSound() + ",age=" + cat.getAge());
    }
    @Override
    public void visitor(Bird bird) {
        features.add("Bird:name=" + bird.getName() + ",habitat=" + bird.getHabitat());
    }
    public void printFeatures(){
        features.forEach(System.out::println);
    }
}

測試

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        List<Animal> animals = new ArrayList<>();
        animals.add(new Dog("褐色", 50));
        animals.add(new Dog("白色", 45));
        animals.add(new Cat("喵喵叫", 2));
        animals.add(new Cat("呜呜声", 3));
        animals.add(new Bird("鹦鹉", "森林"));
        animals.add(new Bird("麻雀", "田野"));
        AnimalCountVisitor animalCountVisitor = new AnimalCountVisitor();
        AnimalFeatureVisitor animalFeatureVisitor = new AnimalFeatureVisitor();
        animals.forEach(animal -> {
            animal.accept(animalCountVisitor);
            animal.accept(animalFeatureVisitor);
        });
        animalCountVisitor.printCount();
        animalFeatureVisitor.printFeatures();
    }
}

#再這個例子中,我們定義了三種動物類,包括Dog,Cat和Bird,它們都實現了Animal接口,並且是心啊了accept方法,其中傳入了Visitor類型的參數.

#接下來,定義了Visitor介面,其中包含了visitor方法,該方法根據傳入的不同類型的動物進行訪問.

再具體的Visitor的實現中,定義了AnimalCountVisitor和AnimalFeatureVisitor兩個訪問者,前者用於統計不同類型的動物的個數,後者用於打印不同類型的動物的屬性.

總結

優點

#分離演算法與物件:訪客模式使得演算法與物件分離成為可能,因為演算法被定義在訪客中,而物件則在被存取時向訪客公開自己的資料.
#擴展性好:該模式可以方便地添加新的操作而不會影響現有的對象結構,因為訪問者模式將對象結構與操作分離開來.
符合開閉原則:訪客模式符合開閉原則,因為您可以在不更改現有程式碼的情況下新增新的訪客和新的元素類型.
簡化程式碼邏輯:訪問者模式將物件和操作分開,簡化了程式碼邏輯.
#缺點

增加新的元素類型困難:當需要增加新的元素類型時,必須修改現有的訪客介面,這可能導致對現有程式碼的修改.
破壞封裝:訪客模式需要將對象的內部資料暴漏給訪問者,這可能破壞物件的封裝性.
應用場景

當需要對一個複雜物件結構進行操作而不想暴漏其內部實現時,可以使用訪問者模式.
當需要為對象結構中的各個對象增加一些新的操作而不影響其類層次結構時,可以使用訪問者模式.
當物件的類別層次結構發生變化,但其操作仍然保持相對穩定時,可以使用訪問者模式.
當需要在運行時動態決定要執行的操作時,可以使用訪問者模式.

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