也谈double dispatch(双分派)::Visitor 模式(转)

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       在《GoF 23种设计模式模式解析附C++实现源码》和《设计模式解析之—Visitor模式》中，我给出了Visitor模式的诠释和示例实现源码。个人觉得例子和解析还是能够比较清晰地为学习和掌握Visitor模式提供一些信息，但是对于其中的一个重要知识没有很好地解释，这就是multi-dispatch（多分派），multi-dispatch（多分派）是Visitor模式的关键，实际上Visitor模式就是提供了一种multi-dispatch（多分派）中的double dispatch（双分派）的实现方式。

       double dispatch（双分派）是multi-dispatch（多分派）的特例，由于Visitor模式涉及的是double dispatch（双分派），因此这里仅仅讨论double dispatch（双分派）的内容。实际上double dispatch（双分派）是一种很经典的技术，但是当前的主流的面向对象程序设计语言（例如C++/Java/C#等）都并不支持多分派，仅仅支持单分派（single dispatch）。

       单分派（single dispatch）的含义比较好理解，单分派（single dispatch）就是说我们在选择一个方法的时候仅仅需要根据消息接收者（receiver）的运行时型别（Run time type）。实际上这也就是我们经常提到的多态的概念（当然C++中的函数重载也是Sigle dispatch的一种实现方式）。举一个简单的例子，我们有一个基类B，B有一个虚方法f（可被子类override），D1和D2是B的两个子类，在D1和D2中我们覆写（override）了方法f。这样我们对消息f的调用，需要根据接收者A或者A的子类D1/D2的具体型别才可以确定具体是调用A的还是D1/D2的f方法。

       double dispatch（双分派）则在选择一个方法的时候，不仅仅要根据消息接收者（receiver）的运行时型别（Run time type），还要根据参数的运行时型别（Run time type）。当然如果所有参数都考虑的话就是multi-dispatch（多分派）。也举一个简单的例子，同于上面单分派中例子，A的虚方法f带了一个C型别的参数，C也是一个基类，C有也有两个具体子类E1和E2。这样，当我们在调用消息f的时候，我们不但要根据接收者的具体型别（A、D1、D2），还要根据参数的具体型别（C、E1、E2），才可以最后确定调用的具体是哪一个方法f。

       遗憾的是，当前的主流面向对象程序设计语言（例如C++/Java/C#等）都并不支持双分派（多分派），仅仅支持单分派。为了支持双分派（多分派），一个权宜的方法就是借助RTTI和if语言来人工确定一个对象的运行时型别，并使用向下类型转换（downcast）来实现。一个常见的例子就是，我们取得对象的RTTI信息，然后if对象是某个具体类，则执行一部分操作，else属于另外的类则执行另外的操作…..。然而我们知道，RTTI一是占用较多的时间和空间，并且不是很安全（经常可能在downcast中出现exception）。

       以上的分析主要是关注于单分派和双分派（多分派），好像和Visitor模式没有什么关系。其实不然，要真正理解Visitor模式就必须要理解单分派和双分派（多分派）的含义。再审视一下Visitor模式的实现，Visitor模式的实现有两个关键的方法：1）Visitor的visit方法；2）Element的Accept方法。在给出的Visitor的实现中，我们会针对不同Element（ConcreteElementA/ ConcreteElementB）提供不同的接口（VisitConcreteElementA/ VisitConcreteElementB），当然我们可以对这个接口进行简化，简化的实现有两个选择：

1）  采用函数重载的方式进行。即Visitor及其子类只提供一个Visit的接口，但是有两

个函数体，Visit（ConcreteElementA* elm）和Visit（ConcreteElementB* elm），这样通过函数重载的方式可以简化接口，但是不能改变实现。

2）  通过RTTI实现。我们不通过函数重载的方式实现，而使用RTTI的方式实现，在《设

计模式解析之—Visitor模式》中我给出了这个思路，但是没有给出实现的代码，这里将给出完整的实现。我们对Visitor极其子类仅提供Visit接口，该Visit接口的实现模式为：

void Visitor::Visit(Element* elm)

{

       if (typeid(*elm) == typeid(ConcreteElementA))

       {

        //提供对于ConcreteElementA的访问实现

              cout<<(typeid(*elm)).name()<

 

              cout<<"i will visit element A"<

       }

       else if (typeid(*elm) == typeid(ConcreteElementB))

       {

        //提供对于ConcreteElementB的访问实现

              cout<<(typeid(*elm)).name()<

 

              cout<<"i will visit element B"<

       }

       else if (typeid(*elm) == typeid(Element))

       {

        //可以在这里提供对所有Element的默认的访问实现

              cout<<(typeid(*elm)).name()<

 

              cout<<"i will visit element"<

       }

}

       Visitor的子类的实现模式也是这样，当然要使得这个代码可以编译运行，需要设置VC 6.0的编译选项（VC默认不支持RTTI），方法是：Project->Settings->C/C++/C++ Language，选择“Enable Run time Type Information（RTTI）”复选框，再重新编译build即可。当然，这种实现方式我也并不认同：一是RTTI固有的时间和空间的消耗，二是通过这种if的选择硬编码正是OO设计中所力求避免和改进的。因此虽然通过这种方式接口简单了，实现到一个函数中进行了，得到的结果未必是我们所期望的。

       在Visitor模式的实现中，Element的Accept操作则是一个双分派的操作。

void ConcreteElementA::Accept(Visitor* vis)

{

       vis->VisitConcreteElementA(this);

 

       cout<<"visiting ConcreteElementA..."<

}

       要具体确定是哪一个Accept操作，至少需要两个方面的信息：一是接受消息者（Element或其子类）的具体型别；二是参数Visitor的具体型别（Visitor或其子类）。而这里的双分派实际上是通过以下的方式实现的：1）在Element类层次里面，通过多态实现（也就是单分派）；2）在Visitor类层次中，我们根据所有的Element具体类定义对应的visit操作，也就是VisitConcreteElementA（）和VisitConcreteElementB（）操作。当然可以通过上面给出RTTI的方式实现，但是这种方式我们并不提倡。

       因此，Visitor模式实际上提供了对于支持单分派语言的双分派策略。关于double dispatch（双分派）、multi-dispatch（多分派）、多方法（multi-methods）的知识在很多的英文资料中可以找到（中文的基本很难找到），感兴趣可以进一步深入了解和研究。