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【设计模式】行为型模式(五):解释器模式、访问者模式、依赖注入

设计模式之行为型模式》系列,共包含以下文章:

  • 行为型模式(一):模板方法模式、观察者模式
  • 行为型模式(二):策略模式、命令模式
  • 行为型模式(三):责任链模式、状态模式
  • 行为型模式(四):备忘录模式、中介者模式
  • 行为型模式(五):解释器模式、访问者模式、依赖注入

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行为型模式(五):解释器模式、访问者模式

  • 9.解释器模式(Interpreter)
    • 9.1 代码示例
      • 9.1.1 定义表达式接口
      • 9.1.2 实现具体表达式类
      • 9.1.3 客户端
  • 10.访问者模式(Visitor)
    • 10.1 代码示例
      • 10.1.1 元素接口
      • 10.1.2 具体元素
      • 10.1.3 访问者接口
      • 10.1.4 具体访问者
      • 10.1.5 对象结构
      • 10.1.6 客户端
      • 10.1.7 输出
  • 11.依赖注入(Dependency Injection)
    • 11.1 代码示例
      • 11.1.1 构造器注入(Constructor Injection)
      • 11.1.2 设值方法注入(Setter Injection)
      • 11.1.3 接口注入
        • 11.1.3.1 定义注入接口
        • 11.1.3.2 实现注入接口
        • 11.1.3.3 客户端
    • 11.2 总结

9.解释器模式(Interpreter)

解释器模式Interpreter)是一种行为设计模式,它主要用于处理语言、表达式或命令的解析和执行。这种模式定义了如何构建一个解释器来解析特定的语句或命令,并执行相应的操作。下面是解释器模式的一些关键点:

  • 文法定义:首先需要定义一个文法,这个文法描述了语言或表达式的结构。例如,一个简单的算术表达式文法可能包括加法、减法等操作。
  • 表达式接口:定义一个抽象类或接口,所有具体的表达式类都实现这个接口。接口通常包含一个 interpret 方法,用于解释和执行表达式。
  • 具体表达式类:实现表达式接口的具体类,每个类负责解析和执行特定类型的表达式。例如,AddExpression 类负责处理加法操作。
  • 上下文:一个上下文对象,用于存储解析过程中需要的信息,如变量值、中间结果等。
  • 客户端:客户端代码将表达式组合成一个大的表达式树,然后调用 interpret 方法来解析和执行整个表达式。

在这里插入图片描述

9.1 代码示例

假设我们要解析和执行一个简单的算术表达式,如 1 + 2 * 3。我们可以使用解释器模式来实现:

9.1.1 定义表达式接口

public interface Expression {int interpret();
}

9.1.2 实现具体表达式类

public class NumberExpression implements Expression {private int number;public NumberExpression(int number) {this.number = number;}@Overridepublic int interpret() {return number;}
}public class AddExpression implements Expression {private Expression left, right;public AddExpression(Expression left, Expression right) {this.left = left;this.right = right;}@Overridepublic int interpret() {return left.interpret() + right.interpret();}
}public class MultiplyExpression implements Expression {private Expression left, right;public MultiplyExpression(Expression left, Expression right) {this.left = left;this.right = right;}@Overridepublic int interpret() {return left.interpret() * right.interpret();}
}

9.1.3 客户端

public class Client {public static void main(String[] args) {Expression expression = new AddExpression(new NumberExpression(1),new MultiplyExpression(new NumberExpression(2),new NumberExpression(3)));int result = expression.interpret();System.out.println("结果: " + result); // 输出: 结果: 7}
}
  • expression 是一个 AddExpression 对象。
    • 调用 AddExpressioninterpret 方法:
      • left.interpret() 调用 NumberExpression(1)interpret 方法,返回 1。
      • right.interpret() 调用 MultiplyExpression(2, 3)interpret 方法:
        • left.interpret() 调用 NumberExpression(2)interpret 方法,返回 2。
        • right.interpret() 调用 NumberExpression(3)interpret 方法,返回 3。
        • MultiplyExpressioninterpret 方法返回 2 * 3 = 6。
      • AddExpressioninterpret 方法返回 1 + 6 = 7。

通过这种方式,解释器模式可以灵活地解析和执行复杂的表达式,同时保持代码的可扩展性和可维护性。

10.访问者模式(Visitor)

访问者模式Visitor)是一种行为设计模式,它允许你在不改变数据结构的情况下,为数据结构中的元素添加新的操作。这种模式特别适用于数据结构相对稳定,但需要在数据结构上定义很多操作的场景。以下是访问者模式的几个关键点:

  • 元素Element):定义一个接受访问者的方法 accept(Visitor visitor),该方法会调用访问者的方法来访问元素。
  • 访问者Visitor):定义一系列访问方法,每个方法对应一种元素类型。访问方法通常命名为 visit(Element element)
  • 具体元素ConcreteElement):实现 accept 方法,该方法会调用访问者的一个访问方法。
  • 具体访问者ConcreteVisitor):实现访问者接口中的访问方法,对具体元素进行操作。
  • 对象结构ObjectStructure):可以是集合或其他数据结构,包含元素对象,并提供方法让访问者访问这些元素。

在这里插入图片描述

10.1 代码示例

假设你有一个文档编辑器,文档中包含不同类型的对象,如文本段落和图片。你希望在不修改这些对象的情况下,为它们添加新的操作,比如计算字数或生成缩略图。

10.1.1 元素接口

interface Element {void accept(Visitor visitor);
}

10.1.2 具体元素

class Paragraph implements Element {private String text;public Paragraph(String text) {this.text = text;}public String getText() {return text;}@Overridepublic void accept(Visitor visitor) {visitor.visit(this);}
}class Image implements Element {private String url;public Image(String url) {this.url = url;}public String getUrl() {return url;}@Overridepublic void accept(Visitor visitor) {visitor.visit(this);}
}

10.1.3 访问者接口

interface Visitor {void visit(Paragraph paragraph);void visit(Image image);
}

10.1.4 具体访问者

class WordCountVisitor implements Visitor {private int wordCount = 0;@Overridepublic void visit(Paragraph paragraph) {String[] words = paragraph.getText().split("\\s+");wordCount += words.length;}@Overridepublic void visit(Image image) {// 图片不增加字数}public int getWordCount() {return wordCount;}
}class ThumbnailGeneratorVisitor implements Visitor {@Overridepublic void visit(Paragraph paragraph) {// 文本段落不需要生成缩略图}@Overridepublic void visit(Image image) {System.out.println("Generating thumbnail for image: " + image.getUrl());}
}

10.1.5 对象结构

class Document {private List<Element> elements = new ArrayList<>();public void addElement(Element element) {elements.add(element);}public void accept(Visitor visitor) {for (Element element : elements) {element.accept(visitor);}}
}

10.1.6 客户端

public class VisitorPatternDemo {public static void main(String[] args) {Document document = new Document();document.addElement(new Paragraph("Hello, world!"));document.addElement(new Image("http://example.com/image.jpg"));WordCountVisitor wordCountVisitor = new WordCountVisitor();document.accept(wordCountVisitor);System.out.println("Total word count: " + wordCountVisitor.getWordCount());ThumbnailGeneratorVisitor thumbnailGeneratorVisitor = new ThumbnailGeneratorVisitor();document.accept(thumbnailGeneratorVisitor);}
}

10.1.7 输出

Total word count: 2
Generating thumbnail for image: http://example.com/image.jpg

通过访问者模式,你可以在不修改文档元素的情况下,为它们添加新的操作,如计算字数和生成缩略图。

11.依赖注入(Dependency Injection)

依赖注入Dependency Injection)是一种设计模式,用于实现控制反转(Inversion of ControlIoC)。它的主要目的是减少代码之间的耦合,提高代码的可测试性和可维护性。通过依赖注入,对象的依赖关系由外部提供,而不是由对象自己创建或查找。

在这里插入图片描述

11.1 代码示例

假设有一个 Logger 接口和两个实现类 FileLoggerConsoleLogger,以及一个需要日志功能的 UserService 类。

11.1.1 构造器注入(Constructor Injection)

通过构造器传递依赖对象。

  • 优点:依赖关系清晰,不可变性好。
  • 缺点:构造器参数过多时,代码可读性下降。
// Logger 接口
interface Logger {void log(String message);
}// FileLogger 实现
class FileLogger implements Logger {@Overridepublic void log(String message) {System.out.println("File: " + message);}
}// ConsoleLogger 实现
class ConsoleLogger implements Logger {@Overridepublic void log(String message) {System.out.println("Console: " + message);}
}// UserService 类,通过构造器注入 Logger
class UserService {private final Logger logger;public UserService(Logger logger) {this.logger = logger;}public void createUser(String name) {logger.log("Creating user: " + name);// 其他创建用户的逻辑}
}// 客户端代码
public class Main {public static void main(String[] args) {Logger logger = new ConsoleLogger();UserService userService = new UserService(logger);userService.createUser("Alice");}
}

11.1.2 设值方法注入(Setter Injection)

通过设值方法(setter)传递依赖对象。

  • 优点:灵活性高,便于修改依赖关系。
  • 缺点:依赖关系不那么明显,对象可能处于不完整状态。
// Logger 接口
interface Logger {void log(String message);
}// FileLogger 实现
class FileLogger implements Logger {@Overridepublic void log(String message) {System.out.println("File: " + message);}
}// ConsoleLogger 实现
class ConsoleLogger implements Logger {@Overridepublic void log(String message) {System.out.println("Console: " + message);}
}// UserService 类,通过设值方法注入 Logger
class UserService {private Logger logger;public void setLogger(Logger logger) {this.logger = logger;}public void createUser(String name) {logger.log("Creating user: " + name);// 其他创建用户的逻辑}
}// 客户端代码
public class Main {public static void main(String[] args) {UserService userService = new UserService();Logger logger = new ConsoleLogger();userService.setLogger(logger);userService.createUser("Alice");}
}

11.1.3 接口注入

通过接口方法传递依赖对象。

  • 优点:灵活性高,适用于复杂的依赖关系。
  • 缺点:实现复杂,使用较少。
11.1.3.1 定义注入接口
// Logger 接口
interface Logger {void log(String message);
}// FileLogger 实现
class FileLogger implements Logger {@Overridepublic void log(String message) {System.out.println("File: " + message);}
}// ConsoleLogger 实现
class ConsoleLogger implements Logger {@Overridepublic void log(String message) {System.out.println("Console: " + message);}
}// 注入接口
interface LoggerInjector {void injectLogger(Logger logger);
}
11.1.3.2 实现注入接口

UserService 类需要实现 LoggerInjector 接口,并提供一个方法来注入 Logger 对象。

// UserService 类,实现 LoggerInjector 接口
class UserService implements LoggerInjector {private Logger logger;@Overridepublic void injectLogger(Logger logger) {this.logger = logger;}public void createUser(String name) {logger.log("Creating user: " + name);// 其他创建用户的逻辑}
}
11.1.3.3 客户端
public class Main {public static void main(String[] args) {// 创建 UserService 对象UserService userService = new UserService();// 创建 Logger 对象Logger logger = new ConsoleLogger();// 通过 LoggerInjector 接口注入 Logger 对象((LoggerInjector) userService).injectLogger(logger);// 使用 UserServiceuserService.createUser("Alice");}
}
  • 类型转换
    • userService 是一个 UserService 类的实例。
    • UserService 类实现了 LoggerInjector 接口,因此 userService 也可以被视为 LoggerInjector 类型的对象。
    • 通过 ((LoggerInjector) userService),我们将 userService 强制转换为 LoggerInjector 类型。
  • 调用注入方法
    • LoggerInjector 接口定义了一个 injectLogger 方法。
    • 通过类型转换后,我们可以调用 injectLogger 方法,将 Logger 对象注入到 UserService 中。

11.2 总结

依赖注入是一种强大的设计模式,通过外部提供依赖关系,使得代码更加灵活、可测试和可维护。

  • 降低耦合度:对象不再负责创建或查找其依赖,依赖关系由外部提供。
  • 提高可测试性:可以通过注入不同的依赖来测试对象的行为。
  • 提高可维护性:依赖关系明确,代码更易于理解和维护。

构造器注入、设值方法注入和接口注入是实现依赖注入的三种主要方式,每种方式都有其适用场景和优缺点。

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