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設計可擴展應用程式（二）：透明箱擴展性——訪問者模式與可擴展訪問者模式實戰

編輯：Java 相關知識

透明箱擴展性：源代碼可查看不可修改，介於黑箱（不看代碼）與開放箱（直接改代碼）之間，或許是擴展系統最有效、最安全的方法。本文詳述透明箱擴展性兩大維度：資料擴展與功能擴展。

資料維度擴展：類別層次結構

面向對象語言天然支援資料擴展。例：二元樹類別層次：


abstract class Tree {}
class Branch extends Tree { int value; Tree left, right; ... }
class Leaf extends Tree {}

新增非空葉節點只需定義 NonEmptyLeaf extends Tree，無需動既有代碼。

功能維度擴展：訪問者模式

若需易於擴展功能而非子類型，採用訪問者模式。為復合資料型別定義抽象訪問者：


interface TreeVisitor {
  Object forBranch(Branch that);
  Object forLeaf(Leaf that);
}

每個子類型含 accept(TreeVisitor) 調用對應 forXxx。新增功能（如深度複製）只需實作新 TreeVisitor 子類：


class TreeCopier implements TreeVisitor {
  Object forBranch(Branch that) {
    return new Branch(that.getValue(), (Tree)that.getLeft().accept(this), (Tree)that.getRight().accept(this));
  }
  Object forLeaf(Leaf that) { return new Leaf(); }
}

訪問者模式的麻煩：雙向擴展衝突

若同時擴展資料子類型（新增 NonEmptyLeaf），現有 TreeVisitor 缺 forNonEmptyLeaf。解決：建立 TreeVisitor2 extends TreeVisitor 加新方法，NonEmptyLeaf.accept 強制轉型調用。但訪問者構造新訪問者時（如美化列印追蹤縮進），子類繼承父類 forBranch 仍構造父類型訪問者，導致運行時轉型失敗：


class TreePrinter2 extends TreePrinter implements TreeVisitor2 {
  // 繼承的 forBranch 仍構造 TreePrinter 而非 TreePrinter2！
  TreePrinter innerPrinter = new TreePrinter(this.amountOfIndentation + 1, this.out); // 錯誤
}

解決方案：可擴展訪問者模式（工廠方法）

Krishnamurthi 等人提議：以工廠方法取代構造器建立新訪問者實例，子類覆寫工廠方法回傳正確類型：


// TreePrinter
TreePrinter newTree(int indent, OutputStream out) { return new TreePrinter(indent, out); }
Object forBranch(Branch that) {
  TreePrinter innerPrinter = newTree(this.amountOfIndentation + 1, this.out); // 呼叫工廠方法
  ...
}

// TreePrinter2 覆寫
TreePrinter newTree(int indent, OutputStream out) { return new TreePrinter2(indent, out); }

此即可擴展訪問者模式，同時支援資料與功能雙向擴展。