访问者模式

引言

在软件设计中，当需要对复杂对象结构（如文档树、抽象语法树）添加新操作时，直接修改元素类会导致代码臃肿和开闭原则破坏。访问者模式通过双重分发机制（Double Dispatch），将操作从数据结构中分离，实现“操作可插拔”，成为处理异构对象遍历的经典方案。

诞生背景

GoF在《设计模式》中提出访问者模式，解决三大痛点：

操作污染：频繁为对象结构添加新操作（如文档导出、格式检查）需修改所有元素类
类型耦合：遍历代码需大量instanceof判断（如处理XML节点时区分<text>/<image>）
复用困难：相似操作（如PDF/HTML导出）无法复用核心遍历逻辑

演进过程

GoF基础（1994）：确立核心角色（Visitor、Element）
语言演进：Java/C#等通过方法重载支持静态双分派
现代应用：编译器设计（AST遍历）、AI行为树处理

核心概念

访问者（Visitor）：声明visit(element)接口，定义可执行的操作集合
具体访问者（ConcreteVisitor）：实现特定操作（如导出PDF、数据校验）
元素（Element）：定义accept(visitor)方法，调用访问者的visit()
对象结构（Object Structure）：元素的集合（如文档树、UI组件树）

通用实现

Java 实现

java

// 元素接口
interface DocumentElement {
    void accept(Visitor visitor);
}

// 具体元素：文本段落
class TextElement implements DocumentElement {
    public String content;
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

// 具体元素：图片
class ImageElement implements DocumentElement {
    public String url;
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

// 访问者接口
interface Visitor {
    void visit(TextElement text);
    void visit(ImageElement image);
}

// 具体访问者：HTML导出
class HtmlExportVisitor implements Visitor {
    public void visit(TextElement text) {
        System.out.println("<p>" + text.content + "</p>");
    }
    public void visit(ImageElement image) {
        System.out.println("<img src='" + image.url + "'/>");
    }
}

// 对象结构：文档
class Document {
    private List<DocumentElement> elements = new ArrayList<>();
    
    public void addElement(DocumentElement e) {
        elements.add(e);
    }
    
    public void export(Visitor visitor) {
        for (DocumentElement e : elements) {
            e.accept(visitor);
        }
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Document doc = new Document();
        doc.addElement(new TextElement("Hello World"));
        doc.addElement(new ImageElement("pic.jpg"));
        
        doc.export(new HtmlExportVisitor()); 
        // 输出: <p>Hello World</p> <img src='pic.jpg'/>
    }
}

PHP 实现

php

// 元素接口
interface DocumentElement {
    public function accept(Visitor $visitor);
}

// 具体元素：文本段落
class TextElement implements DocumentElement {
    public $content;
    public function accept(Visitor $visitor) {
        $visitor->visitText($this);
    }
}

// 访问者接口
interface Visitor {
    public function visitText(TextElement $text);
    public function visitImage(ImageElement $image);
}

// 具体访问者：PDF导出
class PdfExportVisitor implements Visitor {
    public function visitText(TextElement $text) {
        echo "PDF Text: " . $text->content . "\n";
    }
    public function visitImage(ImageElement $image) {
        echo "PDF Image: " . $image->url . "\n";
    }
}

// 对象结构
class Document {
    private array $elements = [];
    
    public function addElement(DocumentElement $element): void {
        $this->elements[] = $element;
    }
    
    public function export(Visitor $visitor): void {
        foreach ($this->elements as $element) {
            $element->accept($visitor);
        }
    }
}

// 客户端
$doc = new Document();
$doc->addElement(new TextElement("PHP is great!"));
$doc->export(new PdfExportVisitor());
// 输出: PDF Text: PHP is great!

应用场景

编译器设计：AST遍历（语法检查、代码优化）
文档处理：多格式导出（HTML/PDF/Markdown）
UI框架：组件树渲染与事件处理
游戏开发：实体行为计算（伤害、碰撞检测）

案例：购物车价格计算器

Java 实现

java

// 访问者接口
interface PriceVisitor {
    double visit(BookItem book);
    double visit(FruitItem fruit);
}

// 具体访问者：折扣计算
class DiscountVisitor implements PriceVisitor {
    public double visit(BookItem book) {
        return book.price * 0.9; // 图书9折
    }
    public double visit(FruitItem fruit) {
        return fruit.price * fruit.weight; // 水果按重量计费
    }
}

// 元素接口
interface CartItem {
    double accept(PriceVisitor visitor);
}

// 具体元素：图书
class BookItem implements CartItem {
    public double price;
    public double accept(PriceVisitor visitor) {
        return visitor.visit(this);
    }
}

// 客户端
CartItem[] items = {new BookItem(50.0), new FruitItem(5.0, 2.0)};
PriceVisitor visitor = new DiscountVisitor();
double total = 0;
for (CartItem item : items) {
    total += item.accept(visitor);
}
System.out.println("Total: $" + total); // Total: $50*0.9 + 5*2 = $50

PHP 实现

php

// 访问者接口
interface PriceVisitor {
    public function visitBook(BookItem $book): float;
    public function visitFruit(FruitItem $fruit): float;
}

// 具体访问者：税费计算
class TaxVisitor implements PriceVisitor {
    public function visitBook(BookItem $book): float {
        return $book->price * 1.05; // 图书加5%税
    }
    public function visitFruit(FruitItem $fruit): float {
        return $fruit->price * $fruit->weight * 1.1; // 水果加10%税
    }
}

// 具体元素：水果
class FruitItem implements CartItem {
    public float $price;
    public float $weight;
    public function accept(PriceVisitor $visitor): float {
        return $visitor->visitFruit($this);
    }
}

// 客户端
$items = [new BookItem(100), new FruitItem(10, 2)];
$visitor = new TaxVisitor();
$total = 0;
foreach ($items as $item) {
    $total += $item->accept($visitor);
}
echo "Total: $$total"; // Total: $100*1.05 + 10*2*1.1 = $127

优点

开闭原则：新增操作无需修改元素类
高内聚：相关操作集中到访问者类
复用性：多个访问者可复用同一对象结构
复杂操作：跨元素状态的操作更易实现（如购物车总价）

缺点

元素变更成本高：新增元素类型需修改所有访问者
破坏封装：访问者需访问元素内部状态
遍历依赖：对象结构需提供稳定遍历接口
过度设计：简单对象结构使用反而复杂化

扩展

迭代器+访问者：

java

for (Element e : structure.getIterator()) {
    e.accept(visitor);
}

访问者池：缓存常用访问者实例（如导出器）
动态访问者：通过反射实现动态visit()方法绑定

模式协作

与组合模式：遍历树形结构（如accept()递归调用子节点）
与解释器模式：AST遍历执行语义动作
与装饰器模式：为访问者添加额外功能（如日志记录）

延伸思考

函数式替代：Java的Pattern Matching、PHP的match可简化类型判断
多语言支持：静态语言（Java）更易实现，动态语言（PHP）需显式类型声明
性能权衡：虚方法调用 vs instanceof性能对比

总结

访问者模式是操作与结构的解耦器，通过双重分发机制实现“操作自由插拔”。其核心价值在于：分离变与不变（数据结构稳定，操作可变）和集中关注点（操作逻辑聚合于访问者）。在编译器、复杂UI框架等场景中，它能优雅应对频繁变动的操作需求，成为架构灵活性的关键支柱。

访问者模式 ​

引言 ​

诞生背景 ​

演进过程 ​

核心概念 ​

通用实现 ​

Java 实现 ​

PHP 实现 ​

应用场景 ​

案例：购物车价格计算器 ​

Java 实现 ​

PHP 实现 ​

优点 ​

缺点 ​

扩展 ​

模式协作 ​

延伸思考 ​

总结 ​

访问者模式

引言

诞生背景

演进过程

核心概念

通用实现

Java 实现

PHP 实现

应用场景

案例：购物车价格计算器

Java 实现

PHP 实现

优点

缺点

扩展

模式协作

延伸思考

总结