Java Tip: 用Reflection实现Visitor模式 概述 Visitor模式的常用之处在于，它将对象集合的结构和对集合所执行的操作分离开来。例如，它可以将一个编译器中的分析逻辑和代码生成逻辑分离开来。有了这样的分离，想使用不同的代码生成器就会很容易。更大的好处还有，其它一些公用程序，如lint，可以在使用分析逻辑的同时免受代码生成逻辑之累。不幸的是，向集合中增加新的对象往往需要修改已经写好的Visitor类。本文提出了一种在Java中实现Visitor模式的更灵活的方法：使用Reflection(反射)。 ------------------------------------------------------------- 集合(Collection)普遍应用于面向对象编程中，但它也经常引发一些和代码有关的疑问。例如，"如果一个集合存在不同的对象，该如何对它执行操作？" 一种方法是，对集合中的每个元素进行迭代，然后基于所在的类，对每个元素分别执行对应的操作。这会很难办，特别是，如果你不知道集合中有什么类型的对象。例如，假设想打印集合中的元素，你可以写出如下的一个方法(method)： public void messyPrintCollection(Collection collection) {    Iterator iterator = collection.iterator()    while (iterator.hasNext())       System.out.println(iterator.next().toString()) } 这看起来够简单的了。它只不过调用了Object.toString()方法，然后打印出对象，对吗？但如果有一组哈希表怎么办？事情就会开始变得复杂起来。你必须检查从集合中返回的对象的类型： 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());    } } 不错，现在已经解决了嵌套集合的问题，但它需要对象返回String，如果有其它不返回String的对象存在怎么办？如果想在String对象前后添加引号以及在Float后添加f又该怎么办？代码还是越来越复杂： 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，事情的复杂度会急剧增长。你当然不想让一段代码到处充斥着if-else语句！那怎么避免呢？Visitor模式可以帮你。 要实现Visitor模式，得为访问者建立一个Visitor接口，还要为被访问的集合建立一个Visitable接口。然后，让具体类实现Visitor和Visitable接口。这两个接口如下所示： 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); } 对于具体的String，可能是这样： 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，对this类型调用正确的visitor方法： visitor.visitString(this) 这样，就可以如下实现具体的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");    } } 实现VisitableFloat和VisitableCollection类的时候，它们也是各自调用合适的Visitor方法，所得到的效果和前面那个用了if-else的messyPrintCollection方法一样，但这里的手法更干净。在visitCollection()中，调用的是Visitable.accept(this)，然后这个调用又返回去调用一个合适的Visitor方法。这被称做 "双分派"；即，Visitor先调用了Visitable类中的方法，这个方法又回调到Visitor类中。 虽然通过实现visitor消除了if-else语句，却也增加了很多额外的代码。最初的String和Float对象都要用实现了Visitable接口的对象进行包装。这有点讨厌，但一般说来不是问题，因为你可以让经常被访问的集合只包含那些实现了Visitable接口的对象。 但似乎这还是额外的工作。更糟糕的是，当增加一个新的Visitable类型如VisitableInteger时，会发生什么呢？这是Visitor模式的一个重大缺陷。如果想增加一个新的Visitable对象，就必须修改Visitor接口，然后对每一个Visitor实现类中的相应的方法一一实现。你可以用一个带缺省空操作的Visitor抽象基类来代替接口。那就很象Java GUI中的Adapter类。那个方法的问题在于，它需要占用单继承；而你往往想保留单继承，让它用于其它什么东西，比如继承StringWriter。那个方法还有限制，它只能够成功访问Visitable对象。 幸运的是，Java可以让Visitor模式更灵活，使得你可以随心所欲地增加Visitable对象。怎么做？答案是，使用Reflection。比如，可以设计这样一个ReflectiveVisitor接口，它只需要一个方法： public interface ReflectiveVisitor {    public void visit(Object o); } 就这样，很简单。至于Visitable，还是和前面一样，我过一会儿再说。现在先用Reflection来实现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);       }    } } 现在不需要Visitable包装类。仅仅只是调用visit()，请求就会分发到正确的方法上。很不错的一点是，只要认为适合，visit()就可以分发。这并非必须使用reflection--它可以使用其它完全不同的机制。 新的PrintVisitor中，有针对Collection，String和Float而写的方法，但然后它又在catch语句中捕捉所有未处理的类型。你要扩展visit()方法，使得它也能够处理所有的父类。首先，得增加一个新方法，称为getMethod(Class c)，它返回的是要调用的方法；为了找到这个相匹配的方法，先在类c的所有父类中寻找，然后在类c的所有接口中寻找。 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 = "visit" + method.substring(method.lastIndexOf('.') + 1);          try {             m = getClass().getMethod(method, new Class[] {interfaces[i]});          } catch (NoSuchMethodException e) {}       }    }    if (m == null) {       try {          m = thisclass.getMethod("visitObject", new Class[] {Object.class});       } catch (Exception e) {           // Can't happen       }    }    return m; } 看起来有些复杂，其实不然。实际上，它只是根据传进来的类名去寻找相应的方法而已。如果没找到，就在父类中找；还没找到，再到接口中找。最后，就拿visitObject()作为缺省。 注意，为了照顾那些熟悉传统Visitor模式的读者，我对方法的名称采用了传统的命名方式。但正如你们一些人所注意到的，把所有的方法命名为 "visit" 然后让参数类型作为区分会更高效。但这样做的话，你得把主visit(Object o)方法的名字改为dispatch(Object o)之类。否则，就没有一个缺省方法可用了，你就得在调用visit(Object o)时将类型转换为Object，以保证visit采用的是正确的调用方式。 现在可以修改visit()方法，以利用getMethod()： public void visit(Object object) {    try {      Method method = getMethod(getClass(), object.getClass());      method.invoke(this, new Object[] {object});    } catch (Exception e) { } } 现在，visitor对象的功能强大多了。你可以传进任何对象，并且有某个方法处理它。另外一个好处是，还有一个缺省方法visitObject(Object o)，它可以捕捉任何未知的对象。再多花点工夫，你还可以写出一个visitNull()方法。 我在上面对Visitable接口避而不谈自有原因。传统Visitor模式的另一个好处是，它允许Visitable对象来控制对对象结构的访问。例如，假设有一个实现了Visitable的TreeNode对象，你可以让一个accept()方法来遍历它的左右节点： public void accept(Visitor visitor) {    visitor.visitTreeNode(this);    visitor.visitTreeNode(leftsubtree);    visitor.visitTreeNode(rightsubtree); } 这样，只用对Visitor类再进行一点修改，就可以进行Visitable控制访问： public void visit(Object object) throws Exception {     Method method = getMethod(getClass(), object.getClass());      method.invoke(this, new Object[] {object});      if (object instanceof Visitable)      {           callAccept((Visitable) object);      } } public void callAccept(Visitable visitable) {    visitable.accept(this); } 如果已经实现了一个Visitable对象结构，可以保留callAccept()方法并使用Visitable控制访问。如果想在visitor中访问结构，只需改写callAccept()方法，使之什么也不做。 想让数个不同的访问者对同一个对象集合进行访问时，Visitor模式可以发挥它的强大作用。假设已经有一个解释器，一个中缀写作器，一个后缀写作器，一个XML写作器和一个SQL写作器，它们都作用在同一个对象集合上。那么，也可以很容易地为相同的对象集合写出一个前缀写作器和一个SOAP写作器。另外，这些写作器可以正常地和它们所不知道的对象工作；当然，如果愿意，也可以让它们抛出异常。 结论 通过使用Java Reflection，你可以增强Visitor模式，使之具有操作对象结构的强大功能，并在增加新Visitable类型方面提供灵活性。希望你在以后的程序设计中能够应用这一模式。