🧳 访问者模式（Visitor Pattern）深度解析

——以Unity实现灵活数据操作与跨系统交互为核心案例

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一、模式本质与核心价值

核心目标：
✅ 分离数据结构与数据操作，支持在不修改元素类的前提下定义新操作
✅ 集中相关操作，避免污染元素类代码
✅ 实现双重分派，动态选择元素处理方法

关键术语：

• Visitor（访问者接口）：声明访问各类元素的接口
• ConcreteVisitor（具体访问者）：实现特定操作的访问逻辑
• Element（元素接口）：定义接受访问者的方法
• ObjectStructure（对象结构）：维护元素集合，提供遍历接口

数学表达：
设元素集合E = {e₁, e₂, …, eₙ}，访问者V，则操作执行过程为：
∀e ∈ E, e.Accept(V) → V.Visit(e)

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二、经典UML结构

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三、Unity实战代码（游戏物品系统）

1. 定义元素与访问者接口

public interface IItem {
    void Accept(IItemVisitor visitor);
}

public interface IItemVisitor {
    void Visit(Weapon weapon);
    void Visit(Potion potion);
    void Visit(QuestItem questItem);
}

2. 实现具体元素类

public class Weapon : MonoBehaviour, IItem {
    public int Damage;
    public string ElementType;
    
    public void Accept(IItemVisitor visitor) {
        visitor.Visit(this);
    }
}

public class Potion : MonoBehaviour, IItem {
    public float HealAmount;
    public int Charges;
    
    public void Accept(IItemVisitor visitor) {
        visitor.Visit(this);
    }
}

3. 实现具体访问者

// 伤害计算访问者
public class DamageCalculator : IItemVisitor {
    private float _totalDamage;
    
    public void Visit(Weapon weapon) {
        _totalDamage += weapon.Damage * (weapon.ElementType == "Fire" ? 1.2f : 1f);
    }
    
    public void Visit(Potion potion) {
        // 药水不贡献伤害
    }
    
    public void Visit(QuestItem questItem) {
        // 任务物品不贡献伤害
    }
    
    public float GetTotalDamage() => _totalDamage;
}

// 存档序列化访问者
public class SaveVisitor : IItemVisitor {
    private List<byte[]> _serializedData = new();
    
    public void Visit(Weapon weapon) {
        var data = Encoding.UTF8.GetBytes($"Weapon|{weapon.Damage}|{weapon.ElementType}");
        _serializedData.Add(data);
    }
    
    public void Visit(Potion potion) {
        var data = Encoding.UTF8.GetBytes($"Potion|{potion.HealAmount}|{potion.Charges}");
        _serializedData.Add(data);
    }
    
    public byte[] GetSaveData() {
        return _serializedData.SelectMany(arr => arr).ToArray();
    }
}

4. 对象结构管理

public class InventorySystem : MonoBehaviour {
    private List<IItem> _items = new();
    
    public void AddItem(IItem item) => _items.Add(item);
    
    public void ProcessItems(IItemVisitor visitor) {
        foreach(var item in _items) {
            item.Accept(visitor);
        }
    }
}

5. 客户端使用

public class GameManager : MonoBehaviour {
    [SerializeField] private InventorySystem _inventory;
    
    void Start() {
        // 计算总伤害
        var damageCalc = new DamageCalculator();
        _inventory.ProcessItems(damageCalc);
        Debug.Log($"总伤害值：{damageCalc.GetTotalDamage()}");
        
        // 生成存档数据
        var saver = new SaveVisitor();
        _inventory.ProcessItems(saver);
        SaveToFile(saver.GetSaveData());
    }
}

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四、模式进阶技巧

1. 动态访问者注册

public class DynamicVisitor : IItemVisitor {
    private Dictionary<Type, Action<object>> _handlers = new();
    
    public void RegisterHandler<T>(Action<T> handler) where T : IItem {
        _handlers[typeof(T)] = obj => handler((T)obj);
    }
    
    public void Visit(Weapon weapon) => InvokeHandler(weapon);
    public void Visit(Potion potion) => InvokeHandler(potion);
    
    private void InvokeHandler<T>(T item) where T : IItem {
        if(_handlers.TryGetValue(typeof(T), out var handler)) {
            handler(item);
        }
    }
}

2. 访问者组合模式

public class CompositeVisitor : IItemVisitor {
    private List<IItemVisitor> _visitors = new();
    
    public void AddVisitor(IItemVisitor visitor) => _visitors.Add(visitor);
    
    public void Visit(Weapon weapon) {
        foreach(var v in _visitors) v.Visit(weapon);
    }
    
    public void Visit(Potion potion) {
        foreach(var v in _visitors) v.Visit(potion);
    }
}

3. 异步访问处理

public class AsyncVisitor : MonoBehaviour, IItemVisitor {
    public async Task ProcessAsync(InventorySystem inventory) {
        var tasks = new List<Task>();
        foreach(var item in inventory.Items) {
            tasks.Add(Task.Run(() => item.Accept(this)));
        }
        await Task.WhenAll(tasks);
    }
    
    public void Visit(Weapon weapon) {
        // 异步处理武器
    }
}

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五、游戏开发典型应用场景

1. 成就系统触发

   public class AchievementVisitor : IItemVisitor {
       public void Visit(Weapon w) {
           if(w.Damage > 100) Unlock("POWER_WEAPON");
       }
   }
   

2. 战斗伤害计算

   public class BattleDamageVisitor : IItemVisitor {
       private float _totalDamage;
       
       public void Visit(Weapon w) {
           _totalDamage += CalculateElementDamage(w);
       }
   }
   

3. 场景序列化存档

   public class SceneSaveVisitor : IItemVisitor {
       private List<SerializableData> _sceneData = new();
       
       public void Visit(Enemy e) {
           _sceneData.Add(new EnemyData(e.Position, e.Health));
       }
   }
   

4. UI数据绑定

   public class UIDataVisitor : IItemVisitor {
       public void Visit(Weapon w) {
           InventoryUI.UpdateWeaponSlot(w);
       }
   }
   

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六、性能优化策略

策略	实现方式	适用场景
访问缓存	缓存频繁访问结果	复杂计算场景
批处理	合并多个访问操作	大量元素遍历
并行处理	使用Job System并行访问	CPU密集型操作
惰性求值	延迟执行非关键访问	性能敏感场景

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七、模式对比与选择

维度	访问者模式	策略模式
关注点	跨类操作	算法替换
扩展方向	新增操作	新增算法
元素稳定性	元素类需稳定	策略可任意扩展
典型应用	数据序列化	战斗计算

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八、最佳实践原则

1. 元素接口稳定：避免频繁修改元素类接口
2. 访问者单一职责：每个访问者专注一个功能领域
3. 防御性访问：处理未知元素类型

   public class SafeVisitor : IItemVisitor {
       public void Visit(IItem item) {
           if(item is Weapon w) VisitWeapon(w);
           else Debug.LogWarning($"未知物品类型：{item.GetType()}");
       }
   }
   

4. 访问顺序控制：

   public void ProcessItems(IItemVisitor visitor) {
       // 按优先级排序处理
       foreach(var item in _items.OrderBy(i => i.Priority)) {
           item.Accept(visitor);
       }
   }
   

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九、常见问题解决方案

Q1：如何处理新增元素类型？
→ 使用反射扩展访问者

public class ReflectionVisitor {
    private Dictionary<Type, MethodInfo> _methods = new();
    
    public void Visit(IItem item) {
        var type = item.GetType();
        if(_methods.TryGetValue(type, out var method)) {
            method.Invoke(this, new[]{item});
        }
    }
}

Q2：如何避免循环依赖？
→ 引入中间接口层

public interface IWeaponVisitor {
    void VisitWeapon(Weapon weapon);
}

public class DamageCalculator : IItemVisitor, IWeaponVisitor {
    public void Visit(Weapon w) => VisitWeapon(w);
    public void VisitWeapon(Weapon w) { /* 具体逻辑 */ }
}

Q3：如何调试复杂访问流程？
→ 实现访问日志代理

public class LoggingVisitorProxy : IItemVisitor {
    private IItemVisitor _wrapped;
    
    public void Visit(Weapon w) {
        Debug.Log($"开始处理武器：{w.Name}");
        _wrapped.Visit(w);
        Debug.Log("武器处理完成");
    }
}

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