Day 23 訪問者模式 Visitor Pattern

2024 iThome 鐵人賽

DAY 23

Software Development

輕鬆學習設計模式Design Pattern系列第 23 篇

16th鐵人賽

ShengYu

2024-09-16 07:12:43

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想像你是一位探險家，來到了一座神秘的古城。這座城市有著各式各樣的建築：宏偉的宮殿、莊嚴的神廟、繁忙的市集。作為一個訪問者，你想要深入了解每個地方，但每個地方都有其獨特的探索方式。這就像程式世界中的訪問者模式，一種讓你能夠優雅地處理複雜物件結構的設計模式。準備好開始這段奇妙的探索之旅了嗎?

什麼是訪問者模式？

訪問者模式是一種行為設計模式，它允許你在不改變原有物件結構的情況下，定義對這些物件的新操作。這個模式的核心思想是將資料結構和資料操作分離。在這個模式中，訪問者會遍歷不同類型的物件，並對它們進行不同的操作。這樣的好處是可以靈活地新增行為，而不用修改原來的類別。

就像我們的探險家例子，訪問者就像是探險家，而被訪問的元素就像是城市中的各個地點。無論你去到哪裡，都能以適合該地點的方式進行探索，而不需要改變這些地點本身。

訪問者模式在繪圖軟體中的應用

讓我們透過一個繪圖軟體的例子來深入理解訪問者模式。想像我們正在開發一款繪圖軟體，裡面有各式各樣的圖形，如圓形、矩形和三角形等。這些圖形都有各自的繪圖和顯示方式，但現在我們需要新增一個功能：計算每個圖形的面積。

首先我們定義訪問者介面和圖形的基本介面，

// 前向宣告
class Circle;
class Rectangle;
class Triangle;

// 訪問者基類
class Visitor {
public：
    virtual void visit(Circle* circle) = 0;
    virtual void visit(Rectangle* rectangle) = 0;
    virtual void visit(Triangle* triangle) = 0;
};

class Shape {
public:
    virtual void accept(Visitor* visitor) = 0;
    virtual ~Shape() {}
};

接著我們實現具體的圖形類，這裡的 Circle、Rectangle 和 Triangle 類就是我們所說的"不需要修改的類"。這些類代表了我們的基本圖形，它們的主要職責是維護圖形的基本屬性。

class Circle : public Shape {
public:
    Circle(double radius) : radius(radius) {}
    void accept(Visitor* visitor) override {
        visitor->visit(this);
    }
    double getRadius() const { return radius; }
private:
    double radius;
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    Rectangle(double width， double height) : width(width)， height(height) {}
    void accept(Visitor* visitor) override {
        visitor->visit(this);
    }
    double getWidth() const { return width; }
    double getHeight() const { return height; }
private:
    double width， height;
};

class Triangle : public Shape {
public:
    Triangle(double base， double height) : base(base)， height(height) {}
    void accept(Visitor* visitor) override {
        visitor->visit(this);
    }
    double getBase() const { return base; }
    double getHeight() const { return height; }
private:
    double base， height;
};

然後我們可以實現具體的訪問者，例如計算面積的訪問者，

// 計算面積大小的訪問者
class AreaCalculator : public Visitor {
public:
    void visit(Circle* circle) override {
        totalArea += 3.14159 * circle->getRadius() * circle->getRadius();
    }
    void visit(Rectangle* rectangle) override {
        totalArea += rectangle->getWidth() * rectangle->getHeight();
    }
    void visit(Triangle* triangle) override {
        totalArea += 0.5 * triangle->getBase() * triangle->getHeight();
    }
    double getTotalArea() const { return totalArea; }
private:
    double totalArea = 0;
};

最後客戶端可以這樣使用來取得所有圖形的面積總合，

int main() {
    std::vector<Shape*> shapes = {
        new Circle(5)，
        new Rectangle(4， 6)，
        new Triangle(3， 4)
    };
    AreaCalculator areaCalculator;
    for (auto shape : shapes) {
        shape->accept(&areaCalculator);
    }
    std::cout << "Total area: " << areaCalculator.getTotalArea() << std::endl;

    // 釋放記憶體
    for (auto shape : shapes) {
        delete shape;
    }

    return 0;
}

執行上述程式碼，我們會得到以下輸出：

Total area: 108.54

透過這種方式，我們可以輕鬆地新增新的操作（如計算周長、繪製圖形等），而不需要修改現有的 Circle、Rectangle 和 Triangle 類。這就是訪問者模式的核心優勢：當我們需要新增新的操作時，我們只需要建立一個新的訪問者類（比如 PerimeterCalculator 或 ShapeDrawer），而不需要改變這些基本圖形類的結構。

這種設計使得我們的圖形結構保持穩定，同時允許我們靈活地新增新的操作。例如，如果我們之後想要新增一個計算所有圖形重心的功能，我們只需要建立一個新的 CenterOfGravityCalculator 訪問者，而不需要修改任何現有的圖形類。