具有扩展接口的派生类的集合。如何在不动态转换的情况下访问派生接口？

Question

假设我有一个“动物”类型的抽象对象。动物有公纯虚法“吃”。

我想将 Animal 派生为“狗”和“猫”，每个都有一个扩展接口。例如，我希望 Dog 有一个公共方法“chaseTail”，而 Cat 有一个公共方法“destroyFurniture”。

我想在“世界”对象中收集动物。

我需要能够使用“getAnimalAtPosition”方法从 World 中检索这些动物，并且能够在我得到的 Animal 上任意调用chaseTail 或 destroyFurniture。

我想避免缓慢的dynamic_cast，测试该位置是否是给定的动物或将chaseTail 和destroyFurniture 提升到Animal 中，但我似乎在这里陷入了困境。

还有别的办法吗？

Answer 1

访客模式是一个可行的解决方案。该解决方案有两个主要参与者：

• 元素：具有共同父级的不同类型，将接受访问者。在本例中，元素是Cat，Dog共同的父元素是Animal。
• 访问者：将访问元素的类，并且可以调用元素特定操作，因为它具有特定元素类型的句柄。

对于此示例，从元素（动物、猫和狗）开始：

class Animal
{
public:
  virtual ~Animal() {}
  virtual void eat() = 0;
};

class Cat: public Animal
{
public:
  void destroyFurniture();
  void eat(); 
};

class Dog: public Animal
{
public:
  void chaseTail();
  void eat();
};

接下来，创建一个将“访问”每个元素的访问者。访问者将知道它正在操作的类型，因此它可以在特定元素上使用方法，例如Cat::destroyFurniture()和Dog::chaseTail()：

class Visitor
{
public:
   void visitDog( Dog& dog ) { dog.chaseTail();        }
   void visitCat( Cat& cat ) { cat.destroyFurniture(); }
};

现在，添加一个Animal接受 aVisitor作为参数的纯虚方法：void Animal::accept( Vistor& )。这个想法是将 a 传递Visitor给 an Animal，并允许虚拟方法解析为特定的运行时类型。一旦虚拟调用得到解决，实现就可以visit调用Visitor.

class Animal
{
public:
  ...
  virtual void accept( Visitor& ) = 0;
};

class Cat: public Animal
{
public:
  ...
  virtual void accept( Visitor& visitor ) { visitor.visitCat( *this ); }
};

请注意虚拟方法如何用于解析特定的元素类型，以及每个元素的accept实现将调用访问者上的方法。这允许执行根据类型进行分支，而无需使用dynamic_cast，通常称为双重分派。

这是一个可编译的示例，演示了正在使用的模式：

#include <iostream>
#include <vector>

using std::cout;
using std::endl;

class Cat;
class Dog;

class Visitor
{
public:
   void visitCat( Cat& cat );
   void visitDog( Dog& dog );
};

class Animal
{
public:
  virtual ~Animal() {}
  virtual void eat() = 0;
  virtual void accept( Visitor& ) = 0;
};

class Cat: public Animal
{
public:
  void destroyFurniture()         { cout << "Cat::destroyFurniture()" << endl; }
  void eat()                      { cout << "Cat::eat()" << endl;              }  
  void accept( Visitor& visitor ) { visitor.visitCat( *this );                 }
};

class Dog: public Animal
{
public:
  void chaseTail()                { cout << "Dog::chaseTail()" << endl; }
  void eat()                      { cout << "Dog::eat()" << endl;       }  
  void accept( Visitor& visitor ) { visitor.visitDog( *this );          }
};

// Define Visitor::visit methods.
void Visitor::visitCat( Cat& cat ) { cat.destroyFurniture(); }
void Visitor::visitDog( Dog& dog ) { dog.chaseTail();        }

int main()
{
  typedef std::vector< Animal* > Animals;
  Animals animals;
  animals.push_back( new Cat() );
  animals.push_back( new Dog() );

  Visitor visitor;  
  for ( Animals::iterator iterator = animals.begin();
        iterator != animals.end(); ++iterator )
  {
    Animal* animal = *iterator;
    // Perform operation on base class.
    animal->eat();
    // Perform specific operation based on concrete class.
    animal->accept( visitor );
  }

  return 0;
}

产生以下输出：

Cat::eat()
Cat::destroyFurniture()
Dog::eat()
Dog::chaseTail()

请注意，在此示例中，Visitor是一个具体类。但是，可以为 创建整个层次结构Visitor，从而允许您基于 执行不同的操作Visitor。

class Visitor
{
public:
   virtual void visitCat( Cat& ) = 0;
   virtual void visitDog( Dog& ) = 0; 
};

class FurnitureDestroyingVisitor: public Visitor
{
   virtual void visitCat( Cat& cat ) { cat.destroyFurniture(); }
   virtual void visitDog( Dog& dog ) {} // Dogs cannot destroy furniture.
};

访问者模式的一个主要缺点是添加Elements可能需要对Visitor类进行更改。一般经验法则是：

• 如果 Element 层次结构可能会更改，则在 Element 基类上定义操作可能会更容易。在这个例子中，如果需要添加Cow、Horse、 和，那么向 中添加一个虚方法可能会更容易。PigdoTypicalAnimal
• 如果元素层次结构稳定，但在元素上运行的算法正在发生变化，那么访问者模式可能是一个不错的选择。