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用Reflection实现Visitor模式

  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 = "vis

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