用Reflection實現Visitor模式

2019-11-18 12:17:23

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　　Visitor模式的常用之處在于，它將對象集合的結構和對集合所執行的操作分離開來。例如，它可以將一個編譯器中的分析邏輯和代碼生成邏輯分離開來。有了這樣的分離，想使用不同的代碼生成器就會很輕易。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免受代碼生成邏輯之累。不幸的是，向集合中增加新的對象往往需要修改已經寫好的Visitor類。本文提出了一種在java中實現Visitor模式的更靈活的方法：使用Reflection(反射)。
　　
　　集合(Collection)普遍應用于面向對象編程中，但它也經常引發一些和代碼有關的疑問。例如，"假如一個集合存在不同的對象，該如何對它執行操作？"
　　
　　一種方法是，對集合中的每個元素進行迭代，然后基于所在的類，對每個元素分別執行對應的操作。這會很難辦，非凡是，假如你不知道集合中有什么類型的對象。例如，假設想打印集合中的元素，你可以寫出如下的一個方法(method)：
　　
　　public void messyPRintCollection(Collection collection) {
　　Iterator iterator = collection.iterator()
　　while (iterator.hasNext())
　　 System.out.println(iterator.next().toString())
　　}
　　
　　這看起來夠簡單的了。它只不過調用了Object.toString()方法，然后打印出對象，對嗎？但假如有一組哈希表怎么辦？事情就會開始變得復雜起來。你必須檢查從集合中返回的對象的類型：
　　
　　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，現在已經解決了嵌套集合的問題，但它需要對象返回String，假如有其它不返回String的對象存在怎么辦？假如想在String對象前后添加引號以及在Float后添加f又該怎么辦？代碼還是越來越復雜：
　　
　　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，事情的復雜度會急劇增長。你當然不想讓一段代碼到處充斥著if-else語句！那怎么避免呢？Visitor模式可以幫你。
　　
　　要實現Visitor模式，得為訪問者建立一個Visitor接口，還要為被訪問的集合建立一個Visitable接口。然后，讓具體類實現Visitor和Visitable接口。這兩個接口如下所示：
　　
　　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this類型調用正確的visitor方法：
　　
　　visitor.visitString(this)
　　
　　這樣，就可以如下實現具體的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");
　　}
　　}
　　
　　實現VisitableFloat和VisitableCollection類的時候，它們也是各自調用合適的Visitor方法，所得到的效果和前面那個用了if-else的messyPrintCollection方法一樣，但這里的手法更干凈。在visitCollection()中，調用的是Visitable.accept(this)，然后這個調用又返回去調用一個合適的Visitor方法。這被稱做 "雙分派"；即，Visitor先調用了Visitable類中的方法，這個方法又回調到Visitor類中。
　　
　　雖然通過實現visitor消除了if-else語句，卻也增加了很多額外的代碼。最初的String和Float對象都要用實現了Visitable接口的對象進行包裝。這有點討厭，但一般說來不是問題，因為你可以讓經常被訪問的集合只包含那些實現了Visitable接口的對象。
　　
　　但似乎這還是額外的工作。更糟糕的是，當增加一個新的Visitable類型如VisitableInteger時，會發生什么呢？這是Visitor模式的一個重大缺陷。假如想增加一個新的Visitable對象，就必須修改Visitor接口，然后對每一個Visitor實現類中的相應的方法一一實現。你可以用一個帶缺省空操作的Visitor抽象基類來代替接口。那就很象Java GUI中的Adapter類。那個方法的問題在于，它需要占用單繼續；而你往往想保留單繼續，讓它用于其它什么東西，比如繼續StringWriter。那個方法還有限制，它只能夠成功訪問Visitable對象。
　　
　　幸運的是，Java可以讓Visitor模式更靈活，使得你可以隨心所欲地增加Visitable對象。怎么做？答案是，使用Reflection。比如，可以設計這樣一個ReflectiveVisitor接口，它只需要一個方法：
　　
　　public interface ReflectiveVisitor {
　　public void visit(Object o);
　　}
　　
　　就這樣，很簡單。至于Visitable，還是和前面一樣，我過一會兒再說。現在先用Reflection來實現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);
　　 }
　　}
　　}
　　
　　現在不需要Visitable包裝類。僅僅只是調用visit()，請求就會分發到正確的方法上。很不錯的一點是，只要認為適合，visit()就可以分發。這并非必須使用reflection--它可以使用其它完全不同的機制。
　　
　　新的PrintVisitor中，有針對Collection，String和Float而寫的方法，但然后它又在catch語句中捕捉所有未處理的類型。你要擴展visit()方法，使得它也能夠處理所有的父類。首先，得增加一個新方法，稱為getMethod(Class c)，它返回的是要調用的方法；為了找到這個相匹配的方法，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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