Visitorパターンとは｜GoFデザインパターンの解説

Visitorパターンは、GoFデザインパターンの中でも、オブジェクト構造の分離を目的としたパターンです。

オブジェクトに変更を加えずに、操作を追加する柔軟性を提供します。

このパターンを使用することで、コードの可読性や保守性を高めることができます。

本記事では、Visitorパターンの概要、使用例、そしてJava、C++、C#の実装サンプルを通じて、実際の利用シーンを深く掘り下げていきます。

Visitorパターンとは

Visitorパターンは、オブジェクト構造の各要素に新しい操作を追加するためのデザインパターンです。

各要素に直接変更を加えず、異なる型のオブジェクトに対して同じ操作を行うことが可能です。例えば、複数の異なるオブジェクトに共通する操作（描画、データ解析など）をVisitorパターンを使って整理することができます。

Visitorパターンの特徴

Visitorパターンは、操作の追加を容易にする一方で、新しい要素の追加が困難になるという特徴があります。

このため、操作が頻繁に追加されるシステムには適していますが、要素が頻繁に変更される場合には不向きです。

適用例

典型的な適用例として、コンパイラや描画システムなど、様々なオブジェクトに対して一貫した処理を行いたい場合に使用されます。

例えば、図形オブジェクトに対して、描画、面積計算、印刷などの操作を行う際に効果的です。

Visitorパターンの使い方

Visitorパターンの使い方は、Visitorインターフェースを実装した具体的なVisitorクラスを作成し、各オブジェクトに対して適用するだけです。

オブジェクト自体は変更されず、操作のみが拡張されるため、ソフトウェアのメンテナンスが容易になります。

基本構造

Visitorパターンの基本構造は以下のようになります。

Visitorパターンのメリットとデメリット

Visitorパターンのメリットは、オブジェクトの構造に変更を加えずに新しい操作を追加できる点です。

一方で、デメリットとしては、新しい要素の追加が難しく、要素の種類が固定されやすい点が挙げられます。

Visitorパターン実装サンプル

次に、Java、C++、C#でのVisitorパターンの実装サンプルを紹介します。

それぞれのプログラミング言語でVisitorパターンをどのように実装するか理解を深めることができます。

Javaによる実装

以下は、JavaでのVisitorパターンの基本的な実装例です。

// Visitorインターフェース
interface Visitor {
    void visit(ConcreteElementA element);
    void visit(ConcreteElementB element);
}

// ConcreteVisitorクラス
class ConcreteVisitor implements Visitor {
    public void visit(ConcreteElementA element) {
        System.out.println("ConcreteElementAを処理中");
    }

    public void visit(ConcreteElementB element) {
        System.out.println("ConcreteElementBを処理中");
    }
}

// Elementインターフェース
interface Element {
    void accept(Visitor visitor);
}

// ConcreteElementAクラス
class ConcreteElementA implements Element {
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

// ConcreteElementBクラス
class ConcreteElementB implements Element {
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

// 実行クラス
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Element elementA = new ConcreteElementA();
        Element elementB = new ConcreteElementB();
        Visitor visitor = new ConcreteVisitor();

        elementA.accept(visitor);
        elementB.accept(visitor);
    }
}

C++による実装

#include <iostream>
using namespace std;

// Visitorクラス
class Visitor {
public:
    virtual void visit(class ConcreteElementA*) = 0;
    virtual void visit(class ConcreteElementB*) = 0;
};

// Elementクラス
class Element {
public:
    virtual void accept(Visitor*) = 0;
};

// ConcreteElementAクラス
class ConcreteElementA : public Element {
public:
    void accept(Visitor* visitor) override {
        visitor->visit(this);
    }
};

// ConcreteElementBクラス
class ConcreteElementB : public Element {
public:
    void accept(Visitor* visitor) override {
        visitor->visit(this);
    }
};

// ConcreteVisitorクラス
class ConcreteVisitor : public Visitor {
public:
    void visit(ConcreteElementA* element) override {
        cout << "ConcreteElementAを処理中" << endl;
    }

    void visit(ConcreteElementB* element) override {
        cout << "ConcreteElementBを処理中" << endl;
    }
};

int main() {
    Element* elementA = new ConcreteElementA();
    Element* elementB = new ConcreteElementB();
    Visitor* visitor = new ConcreteVisitor();

    elementA->accept(visitor);
    elementB->accept(visitor);

    delete elementA;
    delete elementB;
    delete visitor;

    return 0;
}

C#による実装

C#でのVisitorパターンの実装例です。

// Visitorインターフェース
public interface Visitor {
    void Visit(ConcreteElementA element);
    void Visit(ConcreteElementB element);
}

// ConcreteVisitorクラス
public class ConcreteVisitor : Visitor {
    public void Visit(ConcreteElementA element) {
        Console.WriteLine("ConcreteElementAを処理中");
    }

    public void Visit(ConcreteElementB element) {
        Console.WriteLine("ConcreteElementBを処理中");
    }
}

// Elementインターフェース
public interface Element {
    void Accept(Visitor visitor);
}

// ConcreteElementAクラス
public class ConcreteElementA : Element {
    public void Accept(Visitor visitor) {
        visitor.Visit(this);
    }
}

// ConcreteElementBクラス
public class ConcreteElementB : Element {
    public void Accept(Visitor visitor) {
        visitor.Visit(this);
    }
}

// 実行クラス
public class Program {
    public static void Main(string[] args) {
        Element elementA = new ConcreteElementA();
        Element elementB = new ConcreteElementB();
        Visitor visitor = new ConcreteVisitor();

        elementA.Accept(visitor);
        elementB.Accept(visitor);
    }
}

まとめ

本記事では、Visitorパターンの基本的な考え方と、その実装方法について解説しました。

Visitorパターンは、操作をオブジェクト構造の外部に分離し、柔軟に新しい操作を追加できる点で非常に便利なデザインパターンです。

しかし、要素自体の変更には向かないという点に注意が必要です。

Java、C++、C#の実装サンプルを通じて、各言語でのVisitorパターンの使い方を理解いただけたかと思います。

これからもデザインパターンを学び、コードの保守性や拡張性を高めていきましょう。

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