【设计模式】访问者模式

**简介
假设你有一个购物车（对象结构），里面有多种商品（元素），如苹果、牛奶、书籍。每个商品的计价规则不同：

• 水果按重量计价
• 牛奶按数量计价
• 书籍按固定价格计价
  现在需要实现两种功能：

1. 计算总价
2. 打印购物小票

访问者模式的作用：

• 将商品和操作（如计算价格、打印小票）分离。
• 新增功能（如打折计算）时，只需新增一个“访问者”，无需修改商品类。

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适用场景：

• 对象结构稳定，但需要频繁新增操作。
• 需要对同一对象结构进行多种独立操作（如计算总价、导出数据）。

优点：

• 符合开闭原则：新增操作无需修改对象结构。
• 操作逻辑集中：每个访问者类负责一个独立功能。

缺点：

• 对象结构变化时，所有访问者类都需要修改。
• 过度使用会导致代码复杂度增加。

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代码

// 元素接口：商品
interface ItemElement {
    int accept(ShoppingCartVisitor visitor);
}

// 具体元素：书籍
class Book implements ItemElement {
    private int price;
    private String isbn;
    public Book(int price, String isbn) {
        this.price = price;
        this.isbn = isbn;
    }
    public int accept(ShoppingCartVisitor visitor) {
        return visitor.visit(this);
    }
    public int getPrice() { return price; }
}

// 具体元素：水果
class Fruit implements ItemElement {
    private int pricePerKg;
    private int weight;
    public Fruit(int pricePerKg, int weight) {
        this.pricePerKg = pricePerKg;
        this.weight = weight;
    }
    public int accept(ShoppingCartVisitor visitor) {
        return visitor.visit(this);
    }
    public int getPricePerKg() { return pricePerKg; }
    public int getWeight() { return weight; }
}

// 访问者接口
interface ShoppingCartVisitor {
    int visit(Book book);
    int visit(Fruit fruit);
}

// 具体访问者：计算总价
class ShoppingCartVisitorImpl implements ShoppingCartVisitor {
    public int visit(Book book) {
        return book.getPrice();
    }
    public int visit(Fruit fruit) {
        return fruit.getPricePerKg() * fruit.getWeight();
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ItemElement[] items = new ItemElement[]{
            new Book(100, "ISBN-123"),
            new Fruit(10, 2)
        };

        ShoppingCartVisitor visitor = new ShoppingCartVisitorImpl();
        int total = 0;
        for (ItemElement item : items) {
            total += item.accept(visitor);
        }
        System.out.println("Total cost: " + total); // 输出 120
    }
}

类图

@startuml
interface ItemElement {
    + accept(ShoppingCartVisitor visitor): int
}

class Book {
    - price: int
    - isbn: String
    + accept(ShoppingCartVisitor visitor): int
}

class Fruit {
    - pricePerKg: int
    - weight: int
    + accept(ShoppingCartVisitor visitor): int
}

interface ShoppingCartVisitor {
    + visit(Book book): int
    + visit(Fruit fruit): int
}

class ShoppingCartVisitorImpl {
    + visit(Book book): int
    + visit(Fruit fruit): int
}

ItemElement <|-- Book
ItemElement <|-- Fruit
ShoppingCartVisitor <|-- ShoppingCartVisitorImpl
Book --> ShoppingCartVisitor
Fruit --> ShoppingCartVisitor
@enduml

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4. 实际应用场景案例：编译器语法树分析

场景：编译器需要遍历抽象语法树（AST），进行类型检查、代码生成等操作。

// 表达式元素接口
interface Expr {
    <T> T accept(Visitor<T> visitor);
}

// 具体元素：数字表达式
class Number implements Expr {
    private int value;
    public Number(int value) { this.value = value; }
    public <T> T accept(Visitor<T> visitor) {
        return visitor.visit(this);
    }
    public int getValue() { return value; }
}

// 具体元素：加法表达式
class Addition implements Expr {
    private Expr left;
    private Expr right;
    public Addition(Expr left, Expr right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
    public <T> T accept(Visitor<T> visitor) {
        return visitor.visit(this);
    }
    public Expr getLeft() { return left; }
    public Expr getRight() { return right; }
}

// 访问者接口
interface Visitor<T> {
    T visit(Number number);
    T visit(Addition addition);
}

// 具体访问者：表达式求值
class EvaluateVisitor implements Visitor<Integer> {
    public Integer visit(Number number) {
        return number.getValue();
    }
    public Integer visit(Addition addition) {
        return addition.getLeft().accept(this) + addition.getRight().accept(this);
    }
}

// 客户端代码
public class CompilerClient {
    public static void main(String[] args) {
        Expr expr = new Addition(
            new Number(10),
            new Addition(new Number(20), new Number(30))
        );
        EvaluateVisitor evaluator = new EvaluateVisitor();
        int result = expr.accept(evaluator);
        System.out.println("Result: " + result); // 输出 60
    }
}