Посетитель (Visitor)

Другое название

Назначение

Позволяет выполнить над каждым объектом некоторой структуры операцию, не загрязняя код класса этого объекта и не используя определение типа для каждого объекта.

Описание

Когда есть некоторая полиморфная структура данных (связный список, дерево), и требуется ее обойти, выполнив для каждого узла структуры действие в зависимости от типа узла, то обычной практикой в ООП является создание виртуального метода для этого действия и переопределение его в потомках. Однако, данный подход имеет ряд недостатков. При наличии нескольких типов действий для каждого из них необходимо делать виртуальный метод, что захламляет интерфейс класса.

Одно из решений данной проблемы состоит в том чтобы вынести действие (точнее, группу полиморфных действий) в отдельный объект, называемый Посетителем, и передавать его элементам полиморфной структуры по мере ее обхода. "Принимая" посетителя, элемент посылает ему запрос, соответствующий типу этого элемента. Кроме того, в этом запросе в качестве параметра передается сам элемент.

Таким образом, действия, производимые над объектами полиморфной структуры, являются внешними по отношению к самой этой структуре. Это позволяет, в частности, легко добавлять новые действия за счет реализации подклассов класса Visitor. Исходный код узлов полиморфной структуры остается при этом неизменным.

Паттерн Посетитель является одним из решений так называемой задачи двойной диспетчеризации. В этой задаче требуется выполнять определенное действие от двух параметров: типа объекта и типа операции. По-существу, возникает матрица действий с индексами, являющимися типами: первый индекс определяет тип объекта структуры, второй - тип действия.

Использование

Паттерн Посетитель следует использовать когда

в структуре присутствуют объекты многих классов, и необходимо выполнять над ними операции в зависимости от типа этих классов;
нежелательно засорять объекты структуры кодом операций, которые необходимо над ними выполнить
классы структуры меняются редко, а новые операции над элементами структуры добавляются часто.

Реализация

Диаграмма классов

Участники

Visitor - посетитель

Объявляет метод Visit... для каждого класса в иерархии объектов с базовым классом Element. Например, для элемента ElementA объявляется метод VisitElementA с параметром типа ElementA. Для языков, в которых возможна перегрузка методов, для методов можно оставить одно имя Visit - они будут отличаться типом параметра:

void Visit(ElementA a); 
void Visit(ElementB b);

ConcreteVisitor - конкретный посетитель

Реализует все операции Visit, объявленные в классе Visitor. Каждая операция реализует действие для объекта определенного типа, производного от Element.

Класс ConcreteVisitor реализует также контекст для посетителя и сохраняет в нем состояние между вызовами Visit

Node - элемент

Объявляет операцию Accept, принимающую посетителя в качестве аргумента

ConcreteNode - конкретный элемент

Реализует операцию Accept

Пример

Визитор CountIdVisitor считает количество идентификаторов в дереве выражения.

Здесь следует обратить внимание на то, что для нелистовых узлов в методе Visit требуется вызывать методы Accept своих узлов-потомков, реализуя обход всего дерева.

Следует обратить также внимание, что визитор при своей работе может пользоваться глобальными по отношению к методу Visit переменными - полями класса ConcreteVisitor.

using System;

abstract class Node
{
  public abstract void Accept(Visitor v);
}

class NumNode: Node
{
  public NumNode(int n)
  { 
    Number = n; 
  }
  public int Number { get; set; }  
  public override void Accept(Visitor v)
  {
    v.Visit(this);
  }
}

class IdNode: Node
{
  public IdNode(string id)
  { 
    Ident = id; 
  }
  public string Ident { get; set; }  
  public override void Accept(Visitor v)
  {
    v.Visit(this);
  }
}

class BinOpNode: Node
{
  public BinOpNode(Node left, Node right, char op)
  { 
    Left = left; Right = right;
    Op = op;
  }
  public Node Left { get; set; }  
  public Node Right { get; set; }  
  public char Op { get; set; }  
  public override void Accept(Visitor v)
  {
    v.Visit(this);
  }
}

interface Visitor
{
  void Visit(IdNode id);
  void Visit(NumNode num);
  void Visit(BinOpNode binop);
}

class CountIdVisitor: Visitor
{
  public int Count { get; set; }  
  public void Visit(IdNode id)
  {
    Count += 1;
  }
  public void Visit(NumNode num)
  {
  }
  public void Visit(BinOpNode binop)
  {
    binop.Left.Accept(this);
    binop.Right.Accept(this);
  }
}

class My
{
  static void Main()
  {
    var id1 = new IdNode("a1");
    var id2 = new IdNode("a2");
    var num = new NumNode(25);
    var expr = new BinOpNode(id1,num,'+');
    var expr1 = new BinOpNode(expr,id2,'*');
    var v = new CountIdVisitor();
    v.Visit(expr1);
    Console.WriteLine(v.Count);
  }
}

Достоинства и недостатки

Упрощает добавление новых операций. Не требует менять классы узлов.
Объединяет родственные операции в одном классе посетителя.
Недостаток: добавление новых элементов Node затруднено - в каждом посетителе необходимо добавить соответствующий метод. Поэтому при решении вопроса о том, следует ли использовать паттерн Посетитель, необходимо проанализировать, что будет добавляться чаще - алгоритмы для обработки всех элементов или новые типы элементов.
Посетитель, в отличие от итератора, может обходить узлы, не связанные родственными соотношениями.
Посетители могут аккумулировать информацию о состоянии при посещении объектов структуры.
Недостаток: для реализации паттерна Посетитель приходится предоставлять открытые операции для доступа к внутреннему состоянию элементов, что является нарушением инкапсуляции.

Варианты