一、问题引出
在面向对象系统的开发和设计过程中，经常会遇到需求变更（Requirement Changing）的情况。通常，我们已经完成了一个设计并实现了系统原型，但客户又提出了新的需求。为了满足这些新需求，我们不得不修改已有的设计。最常见的解决方案是给已经设计好的类添加新的方法，但这会导致设计不断被打补丁，系统代码频繁重新编译，最终使得设计难以封闭，代码难以维护。
Visitor 模式提供了一种优雅的解决方案：将更新（变更）封装到一个类中（访问操作），并由待更改类提供一个接收接口，从而实现需求变更的灵活扩展。
二、模式选择
我们通过 Visitor 模式解决上述问题。Visitor 模式的典型结构图如下：
Visitor 模式的核心思想是 **双分派（Double-Dispatch）技术**。C++ 语言本身支持的是单分派，但通过 Visitor 模式，我们可以实现双分派的效果。
在 Visitor 模式中，`Accept()` 操作是一个双分派的操作。具体调用哪一个 `Accept()` 实现，取决于两个因素：
（1）Element 的类型：因为 `Accept()` 是多态操作，需要具体的 `Element` 子类来决定调用哪个 `Accept()` 实现。
（2）Visitor 的类型：`Accept()` 操作有一个参数（`Visitor* vis`），需要根据实际传入的 `Visitor` 类型来决定调用哪个 `VisitConcrete()` 实现。
三、代码实现
下面我们将通过一个完整的 C++ 代码示例来展示如何实现 Visitor 模式。
代码片段 1：Visitor.h
// Visitor.h
#ifndef _VISITOR_H_
#define _VISITOR_H_class ConcreteElementA;
class ConcreteElementB;class Visitor {
public:virtual ~Visitor() {}virtual void VisitConcreteElementA(ConcreteElementA* elmA) = 0;virtual void VisitConcreteElementB(ConcreteElementB* elmB) = 0;
protected:Visitor() {}
};class ConcreteVisitorA : public Visitor {
public:ConcreteVisitorA() {}virtual ~ConcreteVisitorA() {}virtual void VisitConcreteElementA(ConcreteElementA* elmA);virtual void VisitConcreteElementB(ConcreteElementB* elmB);
};class ConcreteVisitorB : public Visitor {
public:ConcreteVisitorB() {}virtual ~ConcreteVisitorB() {}virtual void VisitConcreteElementA(ConcreteElementA* elmA);virtual void VisitConcreteElementB(ConcreteElementB* elmB);
};#endif //~_VISITOR_H_代码片段 2：Visitor.cpp
// Visitor.cpp
#include "Visitor.h"
#include "Element.h"
#include <iostream>
using namespace std;Visitor::Visitor() {// 构造函数
}Visitor::~Visitor() {// 析构函数
}void ConcreteVisitorA::VisitConcreteElementA(ConcreteElementA* elmA) {cout << "ConcreteVisitorA is visiting ConcreteElementA..." << endl;
}void ConcreteVisitorA::VisitConcreteElementB(ConcreteElementB* elmB) {cout << "ConcreteVisitorA is visiting ConcreteElementB..." << endl;
}void ConcreteVisitorB::VisitConcreteElementA(ConcreteElementA* elmA) {cout << "ConcreteVisitorB is visiting ConcreteElementA..." << endl;
}void ConcreteVisitorB::VisitConcreteElementB(ConcreteElementB* elmB) {cout << "ConcreteVisitorB is visiting ConcreteElementB..." << endl;
}代码片段 3：Element.h
// Element.h
#ifndef _ELEMENT_H_
#define _ELEMENT_H_class Visitor;class Element {
public:virtual ~Element() {}virtual void Accept(Visitor* vis) = 0;
protected:Element() {}
};class ConcreteElementA : public Element {
public:ConcreteElementA() {}virtual ~ConcreteElementA() {}virtual void Accept(Visitor* vis);
};class ConcreteElementB : public Element {
public:ConcreteElementB() {}virtual ~ConcreteElementB() {}virtual void Accept(Visitor* vis);
};#endif //~_ELEMENT_H_代码片段 4：Element.cpp
// Element.cpp
#include "Element.h"
#include "Visitor.h"
#include <iostream>
using namespace std;Element::Element() {// 构造函数
}Element::~Element() {// 析构函数
}void ConcreteElementA::Accept(Visitor* vis) {vis->VisitConcreteElementA(this);cout << "ConcreteElementA is being visited..." << endl;
}void ConcreteElementB::Accept(Visitor* vis) {vis->VisitConcreteElementB(this);cout << "ConcreteElementB is being visited..." << endl;
}代码片段 5：main.cpp
// main.cpp
#include "Element.h"
#include "Visitor.h"
#include <iostream>
using namespace std;int main(int argc, char* argv[]) {Visitor* visA = new ConcreteVisitorA();Visitor* visB = new ConcreteVisitorB();Element* elmA = new ConcreteElementA();Element* elmB = new ConcreteElementB();elmA->Accept(visA); // ConcreteVisitorA 访问 ConcreteElementAelmB->Accept(visA); // ConcreteVisitorA 访问 ConcreteElementBelmA->Accept(visB); // ConcreteVisitorB 访问 ConcreteElementAelmB->Accept(visB); // ConcreteVisitorB 访问 ConcreteElementBdelete visA;delete visB;delete elmA;delete elmB;return 0;
}代码说明
在实现 Visitor 模式时，需要注意以下几点：
（1）Visitor 类中的 Visit() 操作：
可以为 Element 类提供一个统一的 Visit() 接口，在 Accept() 中通过函数重载（overload）的方式调用具体的 Visit() 实现。
在 C++ 中，还可以通过 RTTI（运行时类型识别）来实现，即提供一个统一的 Visit() 函数体，传入 Element* 类型的参数，然后在函数内部通过 RTTI 决定具体的 ConcreteElement 类型，并执行相应的操作。
（2）双分派机制：
双分派机制使得 Accept() 操作能够根据 Element 和 Visitor 的类型动态决定调用哪个具体的 Visit() 实现。
四、总结讨论
Visitor 模式可以在不修改 `Element` 类的情况下为其增加新的操作，但这也带来了一些问题：
（1）破坏了封装性：
Visitor 模式要求 Visitor 可以从外部修改 Element 对象的状态，这通常通过以下两种方式实现：
Element 提供足够的 public 接口，使得 Visitor 可以通过调用这些接口修改 Element 的状态。
Element 暴露更多的细节给 Visitor，或者将 Visitor 声明为 Element 的 friend 类。这种方式会破坏封装性原则。
（2）扩展困难：
每增加一个 Element 的子类，就需要修改 Visitor 的接口，以提供对新子类的访问机制。无论是增加新的 Visit() 接口，还是修改 RTTI 实现，都会增加扩展的复杂性。
Visitor 模式是一种强大的设计模式，特别适用于需要在不修改现有类的情况下为其增加新操作的场景。然而，使用 Visitor 模式时需要权衡其带来的灵活性和对封装性的破坏，以及扩展时的复杂性。在实际开发中，应根据具体需求谨慎选择是否使用 Visitor 模式。
