用Reflection實(shí)現(xiàn)Visitor模式

2019-11-18 12:17:23

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供稿：網(wǎng)友

　　Visitor模式的常用之處在于，它將對(duì)象集合的結(jié)構(gòu)和對(duì)集合所執(zhí)行的操作分離開(kāi)來(lái)。例如，它可以將一個(gè)編譯器中的分析邏輯和代碼生成邏輯分離開(kāi)來(lái)。有了這樣的分離，想使用不同的代碼生成器就會(huì)很輕易。更大的好處還有，其它一些公用程序，如lint，可以在使用分析邏輯的同時(shí)免受代碼生成邏輯之累。不幸的是，向集合中增加新的對(duì)象往往需要修改已經(jīng)寫(xiě)好的Visitor類。本文提出了一種在java中實(shí)現(xiàn)Visitor模式的更靈活的方法：使用Reflection(反射)。
　　
　　集合(Collection)普遍應(yīng)用于面向?qū)ο缶幊讨校步?jīng)常引發(fā)一些和代碼有關(guān)的疑問(wèn)。例如，"假如一個(gè)集合存在不同的對(duì)象，該如何對(duì)它執(zhí)行操作？"
　　
　　一種方法是，對(duì)集合中的每個(gè)元素進(jìn)行迭代，然后基于所在的類，對(duì)每個(gè)元素分別執(zhí)行對(duì)應(yīng)的操作。這會(huì)很難辦，非凡是，假如你不知道集合中有什么類型的對(duì)象。例如，假設(shè)想打印集合中的元素，你可以寫(xiě)出如下的一個(gè)方法(method)：
　　
　　public void messyPRintCollection(Collection collection) {
　　Iterator iterator = collection.iterator()
　　while (iterator.hasNext())
　　 System.out.println(iterator.next().toString())
　　}
　　
　　這看起來(lái)夠簡(jiǎn)單的了。它只不過(guò)調(diào)用了Object.toString()方法，然后打印出對(duì)象，對(duì)嗎？但假如有一組哈希表怎么辦？事情就會(huì)開(kāi)始變得復(fù)雜起來(lái)。你必須檢查從集合中返回的對(duì)象的類型：
　　
　　public void messyPrintCollection(Collection collection) {
　　Iterator iterator = collection.iterator()
　　while (iterator.hasNext()) {
　　 Object o = iterator.next();
　　 if (o instanceof Collection)
　　 messyPrintCollection((Collection)o);
　　 else
　　 System.out.println(o.toString());
　　}
　　}
　　
　　不錯(cuò)，現(xiàn)在已經(jīng)解決了嵌套集合的問(wèn)題，但它需要對(duì)象返回String，假如有其它不返回String的對(duì)象存在怎么辦？假如想在String對(duì)象前后添加引號(hào)以及在Float后添加f又該怎么辦？代碼還是越來(lái)越復(fù)雜：
　　
　　public void messyPrintCollection(Collection collection) {
　　Iterator iterator = collection.iterator()
　　while (iterator.hasNext()) {
　　 Object o = iterator.next();
　　 if (o instanceof Collection)
　　 messyPrintCollection((Collection)o);
　　 else if (o instanceof String)
　　 System.out.println("""+o.toString()+""");
　　 else if (o instanceof Float)
　　 System.out.println(o.toString()+"f");
　　 else
　　 System.out.println(o.toString());
　　}
　　}
　　
　　可以看到，事情的復(fù)雜度會(huì)急劇增長(zhǎng)。你當(dāng)然不想讓一段代碼到處充斥著if-else語(yǔ)句！那怎么避免呢？Visitor模式可以幫你。
　　
　　要實(shí)現(xiàn)Visitor模式，得為訪問(wèn)者建立一個(gè)Visitor接口，還要為被訪問(wèn)的集合建立一個(gè)Visitable接口。然后，讓具體類實(shí)現(xiàn)Visitor和Visitable接口。這兩個(gè)接口如下所示：
　　
　　public interface Visitor
　　{
　　public void visitCollection(Collection collection);
　　public void visitString(String string);
　　public void visitFloat(Float float);
　　}
　　
　　public interface Visitable
　　{
　　public void accept(Visitor visitor);
　　}
　　
　　對(duì)于具體的String，可能是這樣：
　　
　　public class VisitableString implements Visitable
　　{
　　private String value;
　　public VisitableString(String string) {
　　value = string;
　　}
　　public void accept(Visitor visitor) {
　　 visitor.visitString(this);
　　}
　　}
　　
　　在accept方法中，對(duì)this類型調(diào)用正確的visitor方法：
　　
　　visitor.visitString(this)
　　
　　這樣，就可以如下實(shí)現(xiàn)具體的Visitor：
　　
　　public class PrintVisitor implements Visitor
　　{
　　public void visitCollection(Collection collection) {
　　Iterator iterator = collection.iterator()
　　while (iterator.hasNext()) {
　　 Object o = iterator.next();
　　 if (o instanceof Visitable)
　　 ((Visitable)o).accept(this);
　　}
　　
　　public void visitString(String string) {
　　System.out.println("""+string+""");
　　}
　　
　　public void visitFloat(Float float) {
　　System.out.println(float.toString()+"f");
　　}
　　}
　　
　　實(shí)現(xiàn)VisitableFloat和VisitableCollection類的時(shí)候，它們也是各自調(diào)用合適的Visitor方法，所得到的效果和前面那個(gè)用了if-else的messyPrintCollection方法一樣，但這里的手法更干凈。在visitCollection()中，調(diào)用的是Visitable.accept(this)，然后這個(gè)調(diào)用又返回去調(diào)用一個(gè)合適的Visitor方法。這被稱做 "雙分派"；即，Visitor先調(diào)用了Visitable類中的方法，這個(gè)方法又回調(diào)到Visitor類中。
　　
　　雖然通過(guò)實(shí)現(xiàn)visitor消除了if-else語(yǔ)句，卻也增加了很多額外的代碼。最初的String和Float對(duì)象都要用實(shí)現(xiàn)了Visitable接口的對(duì)象進(jìn)行包裝。這有點(diǎn)討厭，但一般說(shuō)來(lái)不是問(wèn)題，因?yàn)槟憧梢宰尳?jīng)常被訪問(wèn)的集合只包含那些實(shí)現(xiàn)了Visitable接口的對(duì)象。
　　
　　但似乎這還是額外的工作。更糟糕的是，當(dāng)增加一個(gè)新的Visitable類型如VisitableInteger時(shí)，會(huì)發(fā)生什么呢？這是Visitor模式的一個(gè)重大缺陷。假如想增加一個(gè)新的Visitable對(duì)象，就必須修改Visitor接口，然后對(duì)每一個(gè)Visitor實(shí)現(xiàn)類中的相應(yīng)的方法一一實(shí)現(xiàn)。你可以用一個(gè)帶缺省空操作的Visitor抽象基類來(lái)代替接口。那就很象Java GUI中的Adapter類。那個(gè)方法的問(wèn)題在于，它需要占用單繼續(xù)；而你往往想保留單繼續(xù)，讓它用于其它什么東西，比如繼續(xù)StringWriter。那個(gè)方法還有限制，它只能夠成功訪問(wèn)Visitable對(duì)象。
　　
　　幸運(yùn)的是，Java可以讓Visitor模式更靈活，使得你可以隨心所欲地增加Visitable對(duì)象。怎么做？答案是，使用Reflection。比如，可以設(shè)計(jì)這樣一個(gè)ReflectiveVisitor接口，它只需要一個(gè)方法：
　　
　　public interface ReflectiveVisitor {
　　public void visit(Object o);
　　}
　　
　　就這樣，很簡(jiǎn)單。至于Visitable，還是和前面一樣，我過(guò)一會(huì)兒再說(shuō)。現(xiàn)在先用Reflection來(lái)實(shí)現(xiàn)PrintVisitor：
　　
　　public class PrintVisitor implements ReflectiveVisitor {
　　public void visitCollection(Collection collection)
　　{ ... same as above ... }
　　public void visitString(String string)
　　{ ... same as above ... }
　　public void visitFloat(Float float)
　　{ ... same as above ... }
　　
　　public void default(Object o)
　　{
　　 System.out.println(o.toString());
　　}
　　
　　public void visit(Object o) {
　　 // Class.getName() returns package information as well.
　　 // This strips off the package information giving us
　　 // just the class name
　　 String methodName = o.getClass().getName();
　　 methodName = "visit"+
　　 methodName.substring(methodName.lastIndexOf(".")+1);
　　 // Now we try to invoke the method visit
　　 try {
　　 // Get the method visitFoo(Foo foo)
　　 Method m = getClass().getMethod(methodName,
　　 new Class[] { o.getClass() });
　　 // Try to invoke visitFoo(Foo foo)
　　 m.invoke(this, new Object[] { o });
　　 } catch (NoSUChMethodException e) {
　　 // No method, so do the default implementation
　　 default(o);
　　 }
　　}
　　}
　　
　　現(xiàn)在不需要Visitable包裝類。僅僅只是調(diào)用visit()，請(qǐng)求就會(huì)分發(fā)到正確的方法上。很不錯(cuò)的一點(diǎn)是，只要認(rèn)為適合，visit()就可以分發(fā)。這并非必須使用reflection--它可以使用其它完全不同的機(jī)制。
　　
　　新的PrintVisitor中，有針對(duì)Collection，String和Float而寫(xiě)的方法，但然后它又在catch語(yǔ)句中捕捉所有未處理的類型。你要擴(kuò)展visit()方法，使得它也能夠處理所有的父類。首先，得增加一個(gè)新方法，稱為getMethod(Class c)，它返回的是要調(diào)用的方法；為了找到這個(gè)相匹配的方法，先在類c的所有父類中尋找，然后在類c的所有接口中尋找。
　　
　　protected Method getMethod(Class c) {
　　Class newc = c;
　　Method m = null;
　　// Try the superclasses
　　while (m == null && newc != Object.class) {
　　 String method = newc.getName();
　　 method = "visit" + method.substring(method.lastIndexOf(".") + 1);
　　 try {
　　 m = getClass().getMethod(method, new Class[] {newc});
　　 } catch (NoSuchMethodException e) {
　　 newc = newc.getSuperclass();
　　}
　　}
　　// Try the interfaces. If necessary, you
　　// can sort them first to define "visitable" interface wins
　　// in case an object implements more than one.
　　if (newc == Object.class) {
　　Class[] interfaces = c.getInterfaces();
　　for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
　　 String method = interfaces[i].getName();
　　 method = "vis

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