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c++的访问者模式(Visitor Pattern)是什么 如何处理复杂的对象结构【设计模式】

尼克

尼克

发布时间:2025-12-21 19:28:43

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来源于php中文网

原创

访问者模式是一种行为型设计模式,它将数据结构与作用于其上的操作分离,使操作可独立变化;核心是在不修改原有类的前提下,为稳定结构动态添加新功能,典型用于AST遍历、文档渲染等多操作场景。

c++的访问者模式(visitor pattern)是什么 如何处理复杂的对象结构【设计模式】

访问者模式是什么

访问者模式是一种行为型设计模式,它把数据结构和作用于结构上的操作分离,使操作可以独立变化。核心思想是:不修改原有类的前提下,为复杂对象结构(比如树、图、组合体)动态添加新功能。

典型场景是“一个结构稳定但操作多变”——比如编译器遍历抽象语法树(AST)、文档渲染引擎处理不同节点、序列化/校验/统计等对同一对象树的多种遍历需求。这时,若每个节点类都硬编码所有操作,会违反开闭原则;而访问者模式让操作集中到访客类中,新增功能只需加新访客,不碰节点代码。

关键角色与基本结构

访问者模式包含四个核心角色:

  • Visitor(访问者):定义一组 visit() 方法,参数类型对应具体元素类(如 visit(ExpressionNode&)visit(IfNode&)),支持重载区分不同节点
  • ConcreteVisitor(具体访问者):实现实际逻辑,例如 CodeGeneratorValidatorSizeCounter
  • Element(元素):声明 accept(Visitor&) 方法,负责将自身传给访问者
  • ObjectStructure(对象结构):如 AST 根节点或容器,通常提供遍历接口(如 accept(Visitor&)traverse(Visitor&)),内部调用各子元素的 accept()

如何在 C++ 中实现(双分派关键)

C++ 原生只支持单分派(靠虚函数按运行时 this 类型分发),而访问者需要“根据访问者类型 + 元素类型”双重决定调用哪个 visit 函数——这靠 两次虚函数调用 实现:

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技术上面应用了三层结构,AJAX框架,URL重写等基础的开发。并用了动软的代码生成器及数据访问类,加进了一些自己用到的小功能,算是整理了一些自己的操作类。系统设计上面说不出用什么模式,大体设计是后台分两级分类,设置好一级之后,再设置二级并选择栏目类型,如内容,列表,上传文件,新窗口等。这样就可以生成无限多个二级分类,也就是网站栏目。对于扩展性来说,如果有新的需求可以直接加一个栏目类型并新加功能操作

下载
  1. 元素调用 visitor.visit(*this) —— 第一次分派:确定 visitor 类型
  2. visitor 的 visit() 重载函数接收具体元素引用 —— 第二次分派:编译期靠参数类型绑定到对应实现

注意:元素类中的 accept() 必须是虚函数,且 visitor 参数常以非 const 引用或指针传递(便于后续重载);visit 方法签名需严格匹配元素类型,否则无法触发正确重载。

处理复杂对象结构的实用技巧

面对深层嵌套、异构节点、循环引用或需上下文状态的结构,可这样增强访问者:

  • 或递归管理遍历:ObjectStructure 不必自己递归,可让 Visitor 在 visit 过程中主动调用子节点的 accept(),控制遍历顺序(前序/后序/跳过某分支)
  • 携带上下文状态:Visitor 类内维护栈、map 或计数器,例如作用域深度、变量表、错误列表,避免通过参数层层传递
  • 支持中断与返回值:visit 方法可返回 bool(是否继续遍历)、int(错误码)或智能指针(替换当前节点),用于重构或条件终止
  • 结合智能指针与 const 正确性:对只读分析场景,用 const Element& 参数;对修改结构场景(如优化 AST),用 std::shared_ptr 并返回新节点

注意事项与常见陷阱

访问者模式不是银弹,使用时要注意:

  • 节点类必须提前知道所有 Visitor 接口,新增节点类型需修改所有 Visitor,违反“对扩展开放”——适合操作频繁变更、节点相对稳定的系统
  • 过度使用会导致 Visitor 类膨胀,建议按职责拆分(如 IRBuilderVisitorVerifierVisitor 分离)
  • C++ 没有反射,节点类型必须显式声明,避免用 void* 或基类指针绕过类型安全
  • 循环引用结构(如图)需 Visitor 自行记录已访问节点,防止无限递归

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