访问者模式（Visitor Pattern）

访问者模式（Visitor Pattern）

访问者模式是一种行为型设计模式，它允许你在不改变对象结构的情况下，增加新的操作。简单来说，访问者模式可以使得你在不修改类的情况下，向已有的类中添加新的操作逻辑。

访问者模式的核心思想是：将数据结构与操作分离，把操作封装到访问者中。可以使得新增的操作可以通过访问者去执行，而无需修改数据结构本身。

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为什么需要访问者模式？

1. 扩展性强：访问者模式可以很容易地扩展新的操作，而不需要修改现有的数据结构或类。
2. 双重分离：将操作和数据结构分离，允许数据结构和操作分开变化，符合“开闭原则”，易于维护和拓展。
3. 封装行为：通过访问者模式封装多种操作，并避免修改原始类，减少类的复杂度。

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✅ 优缺点分析

✅ 优点	❌ 缺点
增加新的操作时不需要修改原有对象结构，符合开闭原则	增加新的数据结构类时需要修改所有访问者，不利于数据结构的扩展
使得代码更符合“单一职责原则”，因为每个访问者只关心一种操作	如果数据结构变化频繁，修改访问者可能成为负担
易于扩展新的操作而不影响原有代码	复杂的系统中，访问者可能会增多，导致难以维护

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Python 示例：图形绘制应用

假设有一个图形库，包含多个不同的形状：圆形、矩形，我们希望能够对这些图形进行多个操作，例如计算面积、计算周长等。使用访问者模式可以实现动态增加新的操作，而不需要修改已有的图形类。

1️⃣ 图形接口（Shape）

from abc import ABC, abstractmethod

class Shape(ABC):
    @abstractmethod
    def accept(self, visitor):
        pass

• Shape 是所有图形的抽象类，定义了 accept() 方法，接受一个访问者对象来执行特定的操作。

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2️⃣ 具体图形类（Concrete Shapes）

class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius

    def accept(self, visitor):
        visitor.visit_circle(self)

class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def accept(self, visitor):
        visitor.visit_rectangle(self)

• Circle 和 Rectangle 类是具体的图形类，分别代表圆形和矩形。
• 每个图形类都实现了 accept() 方法，接受一个访问者，并将自身传递给访问者进行操作。

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3️⃣ 访问者接口（Visitor）

class Visitor(ABC):
    @abstractmethod
    def visit_circle(self, circle: Circle):
        pass
    
    @abstractmethod
    def visit_rectangle(self, rectangle: Rectangle):
        pass

• Visitor 类是一个抽象类，定义了每个图形类的访问方法。例如，visit_circle() 用于访问 Circle 对象，visit_rectangle() 用于访问 Rectangle 对象。

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4️⃣ 具体访问者（Concrete Visitor）

class AreaVisitor(Visitor):
    def visit_circle(self, circle: Circle):
        # 计算圆形面积
        print(f"Area of Circle: {3.14 * circle.radius ** 2}")
    
    def visit_rectangle(self, rectangle: Rectangle):
        # 计算矩形面积
        print(f"Area of Rectangle: {rectangle.width * rectangle.height}")

class PerimeterVisitor(Visitor):
    def visit_circle(self, circle: Circle):
        # 计算圆形周长
        print(f"Perimeter of Circle: {2 * 3.14 * circle.radius}")
    
    def visit_rectangle(self, rectangle: Rectangle):
        # 计算矩形周长
        print(f"Perimeter of Rectangle: {2 * (rectangle.width + rectangle.height)}")

• AreaVisitor 和 PerimeterVisitor 是具体的访问者类，分别用于计算图形的面积和周长。
• 它们实现了 Visitor 接口的 visit_circle() 和 visit_rectangle() 方法。

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5️⃣ 客户端代码（执行操作）

# 创建图形
circle = Circle(5)
rectangle = Rectangle(4, 6)

# 创建访问者
area_visitor = AreaVisitor()
perimeter_visitor = PerimeterVisitor()

# 执行操作
circle.accept(area_visitor)  # 计算圆形的面积
circle.accept(perimeter_visitor)  # 计算圆形的周长

rectangle.accept(area_visitor)  # 计算矩形的面积
rectangle.accept(perimeter_visitor)  # 计算矩形的周长

• 我们创建了 Circle 和 Rectangle 两个图形对象。
• 我们还创建了两个访问者：AreaVisitor 和 PerimeterVisitor，用于计算图形的面积和周长。
• 通过 accept() 方法，图形对象将自己传递给访问者，访问者执行相应的操作。

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✅ 输出结果

Area of Circle: 78.5
Perimeter of Circle: 31.400000000000002
Area of Rectangle: 24
Perimeter of Rectangle: 20

• AreaVisitor 计算了圆形和矩形的面积。
• PerimeterVisitor 计算了圆形和矩形的周长。

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类图（Mermaid）

接受

接受

«interface»

Shape

+accept(visitor: Visitor)

Circle

+accept(visitor: Visitor)

Rectangle

+accept(visitor: Visitor)

«interface»

Visitor

+visit_circle(circle: Circle)

+visit_rectangle(rectangle: Rectangle)

AreaVisitor

+visit_circle(circle: Circle)

+visit_rectangle(rectangle: Rectangle)

PerimeterVisitor

+visit_circle(circle: Circle)

+visit_rectangle(rectangle: Rectangle)

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流程图（Mermaid）

User Circle Rectangle AreaVisitor PerimeterVisitor accept(AreaVisitor) visit_circle(Circle) "Area of Circle: 78.5" accept(PerimeterVisitor) visit_circle(Circle) "Perimeter of Circle: 31.4" accept(AreaVisitor) visit_rectangle(Rectangle) "Area of Rectangle: 24" accept(PerimeterVisitor) visit_rectangle(Rectangle) "Perimeter of Rectangle: 20" User Circle Rectangle AreaVisitor PerimeterVisitor

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应用场景总结

场景	示例
计算、处理复杂对象	例如计算复合图形的面积和周长
扩展现有类的功能	在不改变原始类的情况下添加新的操作
对象结构不常变化，但操作可能变化	比如一个系统中对象结构不变，但可能需要动态改变操作行为

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✅ 总结口诀

访问者模式：
✅ 将操作封装到独立的访问者类中，避免修改原有类结构，符合开闭原则。
✅ 适用于需要在一个不常变化的对象结构上，动态增加新操作的场景。

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如果你对访问者模式有其他问题或想了解更多细节，欢迎继续提问！