《JAVA与模式》之访问者模式

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在阎宏博士的《JAVA与模式》一书中开头是原先描述访问者(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许多施加于有有一种数据内外部元素之上的操作。一旦哪有哪几个操作都要修改的话,接受你这人 操作的数据内外部则还都要保持不变。

  变量被声明时的类型叫做变量的静态类型(Static Type),许多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();

  声明了另有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 ,只是分派(Dispatch),分派(Dispatch)又分为有有一种,即静态分派动态分派

  静态分派(Static Dispatch)指在在编译时期,分派根据静态类型信息指在。静态分派对于朋友来说无须陌生,办法重载只是静态分派。

  动态分派(Dynamic Dispatch)指在在运行时期,动态分派动态地置换掉某个办法。

 静态分派

  Java通过办法重载支持静态分派。用墨子骑马的故事作为例子,墨子还都要骑白马只是 黑马。墨子与白马、黑马和马的类图如下所示:

  在你这人 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()办法是由另有4个 办法重载而成的。这另有4个 办法分别接受马(Horse)、白马(WhiteHorse)、黑马(BlackHorse)等类型的参数。

  不到 在运行时,守护进程会打印出哪有哪几个结果呢?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部都会马。

  为哪有哪几个呢?两次对ride()办法的调用传入的是不同的参数,也只是wh和bh。它们确实具有不同的真实类型,只是 它们的静态类型全部都会一样的,均是Horse类型。

  重载办法的分派是根据静态类型进行的,你这人 分派过程在编译时期就完成了。

 动态分派

  Java通过办法的重写支持动态分派。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。只是 上面最后一行的eat()办法调用的是BlackHorse类的eat()办法,不到 上面打印的只是“黑马吃草”;相反,只是 上面的eat()办法调用的是Horse类的eat()办法,不到 打印的只是“马吃草”。

  统统,大难题的核心只是Java编译器在编译时期无须总是知道哪有哪几个代码会被执行,只是 编译器仅仅知道对象的静态类型,而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,而全部都会静态类型。原先一来,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”。

 分派的类型

  另有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,统统它的接收者也只是Test对象了。print()办法有另有4个 参数是str,它的类型是String。

  根据分派还都要基于有哪几个种宗量,还都要将面向对象的语言划分为单分派语言(Uni-Dispatch)和多分派语言(Multi-Dispatch)。单分派语言根据另有4个 宗量的类型进行对办法的选用 ,多分派语言根据多于另有4个 的宗量的类型对办法进行选用 。

  C++和Java均是单分派语言,多分派语言的例子包括CLOS和Cecil。按照原先的区分,Java只是动态的单分派语言,只是 你这人 语言的动态分派仅仅会考虑到办法的接收者的类型,共同又是静态的多分派语言,只是 你这人 语言对重载办法的分派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。

  在另有4个 支持动态单分派的语言上面,有另有4个 条件决定了另有4个 请求会调用哪另有4个 操作:一是请求的名字,只是接收者的真实类型。单分派限制了办法的选用 过程,使得不到另有4个 宗量还都要被考虑到,你这人 宗量通常只是办法的接收者。在Java语言上面,只是 另有4个 操作是作用于某个类型不明的对象上面,不到 对你这人 对象的真实类型测试仅会指在一次,这只是动态的单分派的内外部。

 双重分派

  另有4个 办法根据另有4个 宗量的类型来决定执行不同的代码,这只是“双重分派”。Java语言不支持动态的多分派,也就由于着Java不支持动态的双分派。只是 通过使用设计模式,也还都要在Java语言里实现动态的双重分派。

  在Java中还都要通过两次办法调用来达到两次分派的目的。类图如下所示:

  在图含有另有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,并将它当事人传入。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另有4个 对象,其时序图如下所示:

  原先就出現了两次办法调用,守护进程控制权被另有4个 对象像传球一样,首先由West对象传给了East对象,只是 又被返传给了West对象。

  只是 仅仅返传了一下球,无须能处理双重分派的大难题。关键是如何利用这两次调用,以及Java语言的动态单分派功能,使得在你这人 传球的过程中,不能触发两次单分派。

  动态单分派在Java语言中是在子类重写父类的办法时指在的。换言之,West和East都都要分别置身于当事人的类型等级内外部中,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,只是 客户端调用SubEast1的goEast()办法,并将SubWest1对象传入。只是 SubEast1对象重写了其超类East的goEast()办法,只是 ,你这人 只是 就指在了一次动态的单分派。当SubEast1对象接到调用时,会从参数中得到SubWest1对象,统统它就立即调用你这人 对象的goWest1()办法,并将当事人传入。只是 SubEast1对象有权选用 调用哪另有4个 对象,只是 ,在此时又进行一次动态的办法分派。

  你这人 只是 SubWest1对象就得到了SubEast1对象。通过调用你这人 对象myName1()办法,就还都要打印出当事人的名字和SubEast对象的名字,其时序图如下所示:

  只是 这另有4个 名字另有4个 来自East等级内外部,原先来自West等级内外部中,只是 ,它们的组合式是动态决定的。这只是动态双重分派的实现机制。

  访问者模式适用于数据内外部相对未定的系统,它把数据内外部和作用于内外部上的操作之间的耦合解脱开,使得操作集合还都要相对自由地演化。访问者模式的简略图如下所示:

  数据内外部的每另有4个 节点都还都要接受另有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。原先的过程叫做“双重分派”。节点调用访问者,将它当事人传入,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:声明了另有4个 只是 多个办法操作,形成所有的具体访问者角色都要实现的接口。

  ●  具体访问者(ConcreteVisitor)角色:实现抽象访问者所声明的接口,也只是抽象访问者所声明的各个访问操作。

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

  ●  内外部对象(ObjectStructure)角色:有如下的责任,还都要遍历内外部中的所有元素;只是 都要,提供另有4个 高层次的接口让访问者对象还都要访问每另有4个 元素;只是 都要,还都要设计成另有4个 复合对象只是 另有4个 聚集,如List或Set。

  源代码

  还都要看过,抽象访问者角色为每另有4个 具体节点都准备了另有4个 访问操作。只是 有另有4个 节点,只是 ,对应全部都会另有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";
    }
}

  内外部对象角色类,你这人 内外部对象角色持有另有4个 聚集,并向外界提供add()办法作为对聚集的管理操作。通过调用你这人 办法,还都要动态地增加另有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);
        }
        
    }
    /**
     * 加带另有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) {
        //创建另有4个

内外部对象
        ObjectStructure os = new ObjectStructure();
        //给内外部增加另有4个

节点
        os.add(new NodeA());
        //给内外部增加另有4个

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

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

}

  确实在你这人 示意性的实现里并不到 出現另有4个 多样化的具有多个树枝节点的对象树内外部,只是 ,在实际系统中访问者模式通常是用来处理多样化的对象树内外部的,只是 访问者模式还都要用来处理跨太久个等级内外部的树内外部大难题。这正是访问者模式的功能强大之处。

  准备过程时序图

  首先,你这人 示意性的客户端创建了另有4个 内外部对象,只是 将另有4个 新的NodeA对象和另有4个 新的NodeB对象传入。

  其次,客户端创建了另有4个 VisitorA对象,并将此对象传给内外部对象。

  只是 ,客户端调用内外部对象聚集管理办法,将NodeA和NodeB节点加入到内外部对象中去。

  最后,客户端调用内外部对象的行动办法action(),启动访问过程。

  

  访问过程时序图

  

  内外部对象会遍历它当事人所保存的聚集中的所有节点,在本系统中只是节点NodeA和NodeB。首先NodeA会被访问到,你这人 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对象有有一种传入;

  (2)NodeA对象反过来调用VisitorA对象的访问办法,并将NodeA对象有有一种传入;

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

  从而就完成了双重分派过程,接着,NodeB会被访问,你这人 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

  不能在不修改对象内外部中的元素的请况下,为对象内外部中的元素加带新的功能。

  ●  好的复用性

  还都要通过访问者来定义整个对象内外部通用的功能,从而提高复用程度。

  ●  分离无关行为

  还都要通过访问者来分离无关的行为,把相关的行为封装进去共同,构成另有4个 访问者,原先每另有4个 访问者的功能都比较单一。

  ●  对象内外部变化很困难

  不适用于对象内外部中的类总是变化的请况,只是 对象内外部指在了改变,访问者的接口和访问者的实现全部都会指在相应的改变,代价太高。

  ●  破坏封装

  访问者模式通常都要对象内外部开放内内外部数据给访问者和ObjectStructrue,这破坏了对象的封装性。