فتح تتبع الشجرة المرن: نظرة متعمقة على نمط الزائر العام

في عالم هندسة البرمجيات، نواجه بشكل متكرر بيانات منظمة في هياكل هرمية شبيهة بالأشجار. من أشجار النحو المجردة (ASTs) التي تستخدمها المترجمات لفهم الكود الخاص بنا، إلى نموذج كائن المستند (DOM) الذي يشغل الويب، وحتى أنظمة الملفات البسيطة، الأشجار موجودة في كل مكان. مهمة أساسية عند العمل مع هذه الهياكل هي التتبع: زيارة كل عقدة لتنفيذ عملية ما. ومع ذلك، يكمن التحدي في القيام بذلك بطريقة نظيفة وقابلة للصيانة وقابلة للتوسيع.

غالباً ما تدمج الأساليب التقليدية منطق العمليات مباشرة داخل فئات العقد. يؤدي هذا إلى كود متجانس ومترابط بإحكام ينتهك مبادئ تصميم البرمجيات الأساسية. إضافة عملية جديدة، مثل الطباعة الجميلة أو المدقق، تجبرك على تعديل كل فئة عقدة، مما يجعل النظام هشاً وصعب الصيانة.

يقدم نمط تصميم الزائر الكلاسيكي حلاً قوياً عن طريق فصل الخوارزميات عن الكائنات التي تعمل عليها. ولكن حتى النمط الكلاسيكي له حدوده، خاصة عندما يتعلق الأمر بقابلية التوسيع. هذا هو المكان الذي يتجلى فيه نمط الزائر العام، خاصة عند تطبيقه على تتبع الشجرة. من خلال الاستفادة من ميزات لغات البرمجة الحديثة مثل الأنواع العامة والقوالب والمتغيرات، يمكننا إنشاء نظام مرن للغاية وقابل لإعادة الاستخدام وقوي لمعالجة أي هيكل شجرة.

هذه النظرة المتعمقة ستوجهك خلال رحلة من نمط الزائر الكلاسيكي إلى تطبيق عام متطور. سنستكشف:

• مراجعة سريعة لنمط الزائر الكلاسيكي وتحدياته المتأصلة.
• التطور نحو نهج عام يفصل العمليات بشكل أكبر.
• تنفيذ مفصل، خطوة بخطوة، لزائر تتبع شجرة عام.
• الفوائد العميقة لفصل منطق التتبع عن منطق العمليات.
• تطبيقات العالم الحقيقي حيث يقدم هذا النمط قيمة هائلة.

سواء كنت تبني مترجماً، أو أداة تحليل ثابتة، أو إطار عمل لواجهة المستخدم، أو أي نظام يعتمد على هياكل بيانات معقدة، فإن إتقان هذا النمط سيرفع مستوى تفكيرك المعماري وجودة الكود الخاص بك.

مراجعة نمط الزائر الكلاسيكي

قبل أن نتمكن من تقدير التطور العام، يجب أن يكون لدينا فهم قوي لأساسه. نمط الزائر، كما وصفه "عصابة الأربعة" في كتابهم الأساسي أنماط التصميم: عناصر البرمجيات الشيئية القابلة لإعادة الاستخدام، هو نمط سلوكي يسمح لك بإضافة عمليات جديدة إلى هياكل الكائنات الموجودة دون تعديل تلك الهياكل.

المشكلة التي يحلها

تخيل أن لديك شجرة تعبير حسابية بسيطة تتكون من أنواع عقد مختلفة، مثل NumberNode (قيمة حرفية) و AdditionNode (تمثل جمع تعبيرين فرعيين). قد ترغب في إجراء عدة عمليات مميزة على هذه الشجرة:

• التقييم: حساب النتيجة العددية النهائية للتعبير.
• الطباعة الجميلة: إنشاء تمثيل نصي قابل للقراءة من قبل الإنسان، مثل "(5 + 3)".
• التحقق من النوع: التحقق من أن العمليات صالحة للأنواع المعنية.

النهج الساذج سيكون إضافة طرق مثل `evaluate()` و `print()` و `typeCheck()` إلى الفئة الأساسية `Node` وتجاوزها في كل فئة عقدة ملموسة. هذا يضخم فئات العقد بمنطق غير ذي صلة. في كل مرة تخترع فيها عملية جديدة، يجب عليك لمس كل فئة عقدة في التسلسل الهرمي. هذا ينتهك مبدأ الفتح/الإغلاق، الذي ينص على أن كيانات البرمجيات يجب أن تكون مفتوحة للتوسع ومغلقة للتعديل.

الحل الكلاسيكي: الإرسال المزدوج

يحل نمط الزائر هذه المشكلة عن طريق تقديم تسلسلين هرميين جديدين: تسلسل هرمي للزائر وتسلسل هرمي للعنصر (عقدنا). يكمن السحر في تقنية تسمى الإرسال المزدوج.

اللاعبون الرئيسيون هم:

• واجهة العنصر (مثل `Node`): تحدد طريقة `accept(Visitor v)`.
• العناصر الملموسة (مثل `NumberNode`, `AdditionNode`): تنفذ طريقة `accept`. التنفيذ بسيط: `visitor.visit(this);`.
• واجهة الزائر: تعلن عن طريقة `visit` محملة بشكل زائد لكل نوع عنصر ملموس. على سبيل المثال، `visit(NumberNode n)` و `visit(AdditionNode n)`.
• الزائر الملموس (مثل `EvaluationVisitor`, `PrintVisitor`): ينفذ طرق `visit` لأداء عملية محددة.

إليك كيفية عملها: استدعاء `node.accept(myVisitor)`. داخل `accept`، تستدعي العقدة `myVisitor.visit(this)`. في هذه المرحلة، يعرف المترجم النوع الملموس لـ `this` (مثل `AdditionNode`) والنوع الملموس لـ `myVisitor` (مثل `EvaluationVisitor`). لذلك يمكنه الإرسال إلى طريقة `visit` الصحيحة: `EvaluationVisitor::visit(AdditionNode*)`. يحقق هذا الاستدعاء المكون من خطوتين ما لا تستطيع عليه استدعاء دالة افتراضية واحدة: حل الطريقة الصحيحة بناءً على أنواع وقت التشغيل لكائنين مختلفين.

قيود النمط الكلاسيكي

على الرغم من أناقته، إلا أن نمط الزائر الكلاسيكي له عيب كبير يعيق استخدامه في الأنظمة المتطورة: الصلابة في التسلسل الهرمي للعناصر.

تحتوي واجهة `Visitor` على طريقة `visit` لكل نوع `ConcreteElement`. إذا كنت ترغب في إضافة نوع عقدة جديد — لنقل `MultiplicationNode` — فيجب عليك إضافة طريقة `visit(MultiplicationNode n)` جديدة إلى الواجهة الأساسية `Visitor`. هذا يجبرك على تحديث كل فئة زائر ملموسة موجودة في نظامك لتنفيذ هذه الطريقة الجديدة. نفس المشكلة التي قمنا بحلها لإضافة عمليات جديدة تظهر الآن عند إضافة أنواع عناصر جديدة. النظام مغلق للتعديل من جانب العملية ولكنه مفتوح على مصراعيه من جانب العنصر.

هذا الاعتماد الدوري بين التسلسل الهرمي للعناصر والتسلسل الهرمي للزائر هو الدافع الرئيسي للبحث عن حل عام أكثر مرونة.

التطور العام: نهج أكثر مرونة

القيود الأساسية للنمط الكلاسيكي هي الرابط الثابت، في وقت الترجمة، بين واجهة الزائر وأنواع العناصر الملموسة. يسعى النهج العام إلى كسر هذا الرابط. الفكرة الأساسية هي تحويل مسؤولية الإرسال إلى منطق المعالجة الصحيح بعيداً عن واجهة ثابتة للطرق المحملة بشكل زائد.

يوفر C++ الحديث، مع برمجة القوالب القوية وميزات المكتبة القياسية مثل `std::variant`، طريقة نظيفة وفعالة للغاية لتنفيذ ذلك. يمكن تحقيق نهج مماثل في لغات مثل C# أو Java باستخدام الانعكاس أو الواجهات العامة، وإن كان ذلك مع مقايضات أداء محتملة.

هدفنا هو بناء نظام حيث:

1. إضافة أنواع عقد جديدة تكون موضعية ولا تتطلب سلسلة من التغييرات عبر جميع تطبيقات الزائر الموجودة.
2. إضافة عمليات جديدة تبقى بسيطة، بما يتماشى مع الهدف الأصلي لنمط الزائر.
3. منطق التتبع نفسه (مثل الطلب المسبق، الطلب اللاحق) يمكن تعريفه بشكل عام وإعادة استخدامه لأي عملية.

هذه النقطة الثالثة هي مفتاح "تنفيذ نوع تتبع الشجرة" الخاص بنا. لن نفصل العملية عن هيكل البيانات فحسب، بل سنفصل أيضاً فعل التتبع عن فعل التشغيل.

تنفيذ الزائر العام لتتبع الشجرة في C++

سنستخدم C++ حديث (C++17 أو أحدث) لبناء إطار عمل الزائر العام الخاص بنا. يمنحنا الجمع بين `std::variant` و `std::unique_ptr` والقوالب حلاً آمنًا من حيث الأنواع، وفعالًا، ومعبرًا للغاية.

الخطوة 1: تعريف هيكل عقد الشجرة

أولاً، لنعرف أنواع العقد الخاصة بنا. بدلاً من تسلسل هرمي وراثي تقليدي مع طريقة `accept` افتراضية، سنعرف عقدنا كهياكل بسيطة. سنستخدم بعد ذلك `std::variant` لإنشاء نوع مجموع يمكنه الاحتفاظ بأي من أنواع عقدنا.

للسماح بهيكل تكراري (شجرة تحتوي فيها العقد على عقد أخرى)، نحتاج إلى طبقة من التوجيه. هيكل `Node` سيغلف المتغير ويستخدم `std::unique_ptr` لأبنائه.

الملف: `Nodes.h`

#include <memory> #include <variant> #include <vector> // تقديم إعلان غلاف العقدة الرئيسي struct Node; // تعريف أنواع العقد الملموسة كمجمعات بيانات بسيطة struct NumberNode {     double value; }; struct BinaryOpNode {     enum class Operator { Add, Subtract, Multiply, Divide };     Operator op;     std::unique_ptr<Node> left;     std::unique_ptr<Node> right; }; struct UnaryOpNode {     enum class Operator { Negate };     Operator op;     std::unique_ptr<Node> operand; }; // استخدام std::variant لإنشاء نوع مجموع لجميع أنواع العقد الممكنة using NodeVariant = std::variant<NumberNode, BinaryOpNode, UnaryOpNode>; // هيكل العقدة الرئيسي الذي يغلف المتغير struct Node {     NodeVariant var; };

هذا الهيكل هو بالفعل تحسين كبير. أنواع العقد هي هياكل بيانات بسيطة. ليس لديها معرفة بالزوار أو أي عمليات. لإضافة `FunctionCallNode`، ما عليك سوى تعريف الهيكل وإضافته إلى الاسم المستعار `NodeVariant`. هذا نقطة تعديل واحدة لهيكل البيانات نفسه.

الخطوة 2: إنشاء زائر عام باستخدام `std::visit`

أداة `std::visit` هي حجر الزاوية لهذا النمط. تأخذ كائنًا قابلاً للاستدعاء (مثل دالة، لامدا، أو كائن يحتوي على `operator()`) و `std::variant`، وتستدعي الحمل الزائد الصحيح للقابل للاستدعاء بناءً على النوع النشط حاليًا في المتغير. هذه هي آلية الإرسال المزدوج الآمنة من حيث النوع، في وقت الترجمة.

الزائر الآن هو ببساطة هيكل يحتوي على `operator()` محمل بشكل زائد لكل نوع في المتغير.

دعنا ننشئ زائر طباعة جميلة بسيط لرؤية ذلك أثناء العمل.

الملف: `PrettyPrinter.h`

#include "Nodes.h" #include <string> #include <iostream> struct PrettyPrinter {     // تحميل زائد لـ NumberNode     void operator()(const NumberNode& node) const {         std::cout << node.value;     }     // تحميل زائد لـ UnaryOpNode     void operator()(const UnaryOpNode& node) const {         std::cout << "(-»;         std::visit(*this, node.operand->var); // زيارة تكرارية         std::cout << ")";     }     // تحميل زائد لـ BinaryOpNode     void operator()(const BinaryOpNode& node) const {         std::cout << "(";         std::visit(*this, node.left->var); // زيارة تكرارية         switch (node.op) {             case BinaryOpNode::Operator::Add: std::cout << " + "; break;             case BinaryOpNode::Operator::Subtract: std::cout << " - "; break;             case BinaryOpNode::Operator::Multiply: std::cout << " * "; break;             case BinaryOpNode::Operator::Divide: std::cout << " / "; break;         }         std::visit(*this, node.right->var); // زيارة تكرارية         std::cout << ")";     } };

لاحظ ما يحدث هنا. يختلط منطق التتبع (زيارة الأطفال) ومنطق العمليات (طباعة الأقواس والعوامل) معًا داخل `PrettyPrinter`. هذا وظيفي، ولكن يمكننا القيام بما هو أفضل. يمكننا فصل ماذا عن كيف.

الخطوة 3: نجمة العرض - الزائر العام لتتبع الشجرة

الآن، نقدم المفهوم الأساسي: `TreeWalker` قابل لإعادة الاستخدام يغلف استراتيجية التتبع. سيكون `TreeWalker` زائرًا بنفسه، ولكن وظيفته الوحيدة هي المشي عبر الشجرة. سيأخذ وظائف أخرى (لامدا أو كائنات وظائف) التي يتم تنفيذها في نقاط محددة أثناء التتبع.

يمكننا دعم استراتيجيات مختلفة، ولكن واحدة شائعة وقوية هي توفير نقاط اتصال لـ "زيارة مسبقة" (قبل زيارة الأطفال) و "زيارة لاحقة" (بعد زيارة الأطفال). هذا يتوافق مباشرة مع إجراءات التتبع المسبق واللاحق.

الملف: `TreeWalker.h`

#include "Nodes.h" #include <functional> template <typename PreVisitAction, typename PostVisitAction> struct TreeWalker {     PreVisitAction pre_visit;     PostVisitAction post_visit;     // حالة أساسية للعقد بدون أطفال (طرفية)     void operator()(const NumberNode& node) {         pre_visit(node);         post_visit(node);     }     // حالة للعقد ذات الطفل الواحد     void operator()(const UnaryOpNode& node) {         pre_visit(node);         std::visit(*this, node.operand->var); // تكرار         post_visit(node);     }     // حالة للعقد ذات الطفلين     void operator()(const BinaryOpNode& node) {         pre_visit(node);         std::visit(*this, node.left->var); // تكرار الأيسر         std::visit(*this, node.right->var); // تكرار الأيمن         post_visit(node);     } }; // وظيفة مساعدة لتسهيل إنشاء المشي template <typename Pre, typename Post> auto make_tree_walker(Pre pre, Post post) {     return TreeWalker<Pre, Post>{pre, post}; }

هذا `TreeWalker` هو تحفة فصل. إنه لا يعرف شيئاً عن الطباعة أو التقييم أو التحقق من النوع. غرضه الوحيد هو تنفيذ تتبع متعمق في الشجرة واستدعاء نقاط الربط المقدمة. يتم تنفيذ إجراء `pre_visit` بترتيب مسبق، ويتم تنفيذ إجراء `post_visit` بترتيب لاحق. من خلال اختيار لامدا للتنفيذ، يمكن للمستخدم إجراء أي نوع من العمليات.

الخطوة 4: استخدام `TreeWalker` لعمليات قوية وغير مقترنة

الآن، دعنا نعيد هيكلة `PrettyPrinter` الخاص بنا وننشئ `EvaluationVisitor` باستخدام `TreeWalker` العام الجديد. سيكون منطق العمليات الآن معبرًا عنه كلامدا بسيطة.

لتمرير الحالة بين استدعاءات لامدا (مثل مكدس التقييم)، يمكننا التقاط المتغيرات بالمرجع.

الملف: `main.cpp`

#include "Nodes.h" #include "TreeWalker.h" #include <iostream> #include <string> #include <vector> // مساعد لإنشاء لامدا عامة يمكنها التعامل مع أي نوع عقدة template<class... Ts> struct Overloaded : Ts... { using Ts::operator()...; }; template<class... Ts> Overloaded(Ts...) -> Overloaded<Ts...>; int main() {     // دعنا نبني شجرة للتعبير: (5 + (10 * 2))     auto num5 = std::make_unique<Node>(Node{NumberNode{5.0}});     auto num10 = std::make_unique<Node>(Node{NumberNode{10.0}});     auto num2 = std::make_unique<Node>(Node{NumberNode{2.0}});     auto mult = std::make_unique<Node>(Node{BinaryOpNode{         BinaryOpNode::Operator::Multiply, std::move(num10), std::move(num2)     }});     auto root = std::make_unique<Node>(Node{BinaryOpNode{         BinaryOpNode::Operator::Add, std::move(num5), std::move(mult)     }});     std::cout << "--- Pretty Printing Operation --- ";     auto printer_pre_visit = Overloaded {         [](const NumberNode& node) { std::cout << node.value; },         [](const UnaryOpNode&) { std::cout << "(-»; },         [](const BinaryOpNode&) { std::cout << "("; }     };     auto printer_post_visit = Overloaded {         [](const NumberNode&) {}, // افعل شيئاً         [](const UnaryOpNode&) { std::cout << ")"; },         [](const BinaryOpNode& node) {             switch (node.op) {                 case BinaryOpNode::Operator::Add: std::cout << " + "; break;                 case BinaryOpNode::Operator::Subtract: std::cout << " - "; break;                 case BinaryOpNode::Operator::Multiply: std::cout << " * "; break;                 case BinaryOpNode::Operator::Divide: std::cout << " / "; break;             }         }     }; // لن ينجح هذا لأن الأطفال يتم زيارتهم بين الزيارة المسبقة والزيارة اللاحقة. // دعنا نحسن المشي ليكون أكثر مرونة للطباعة في النظام. // نهج أفضل للطباعة الجميلة هو وجود نقطة ربط "زيارة داخلية". // للتبسيط، دعنا نعيد هيكلة منطق الطباعة قليلاً. // أو الأفضل، دعنا ننشئ TreeWalker مخصص للطباعة. لنلتزم بالمسبق/اللاحق الآن ونعرض التقييم الذي يناسب بشكل أفضل.     std::cout << "\n--- Evaluation Operation --- ";     std::vector<double> eval_stack;     auto eval_pre_visit = [](const auto&){}; // افعل شيئاً في الزيارة المسبقة     auto eval_post_visit = Overloaded {         [&](const NumberNode& node) {             eval_stack.push_back(node.value);         },         [&](const UnaryOpNode& node) {             double operand = eval_stack.back(); eval_stack.pop_back();             eval_stack.push_back(-operand);         },         [&](const BinaryOpNode& node) {             double right = eval_stack.back(); eval_stack.pop_back();             double left = eval_stack.back(); eval_stack.pop_back();             switch(node.op) {                 case BinaryOpNode::Operator::Add: eval_stack.push_back(left + right); break;                 case BinaryOpNode::Operator::Subtract: eval_stack.push_back(left - right); break;                 case BinaryOpNode::Operator::Multiply: eval_stack.push_back(left * right); break;                 case BinaryOpNode::Operator::Divide: eval_stack.push_back(left / right); break;             }         }     };     auto evaluator = make_tree_walker(eval_pre_visit, eval_post_visit);     std::visit(evaluator, root->var);     std::cout << "Evaluation result: " << eval_stack.back() << std::endl;     return 0; }

انظر إلى منطق التقييم. إنه مناسب تمامًا للتتبع اللاحق. نقوم فقط بتنفيذ عملية بعد حساب قيم أطفالها ووضعها على المكدس. تلتقط لامدا `eval_post_visit` `eval_stack` وتحتوي على كل المنطق للتقييم. هذا المنطق منفصل تمامًا عن تعريفات العقد و `TreeWalker`. لقد حققنا فصلًا ثلاثيًا رائعًا للاهتمامات: هيكل البيانات (العقد)، خوارزمية التتبع (`TreeWalker`)، و منطق العمليات (لامدا).

فوائد نهج الزائر العام

هذه الاستراتيجية التنفيذية تقدم مزايا كبيرة، خاصة في المشاريع البرمجية الكبيرة وطويلة الأمد.

مرونة وقابلية توسيع لا مثيل لها

هذه هي الفائدة الأساسية. إضافة عملية جديدة أمر سهل. ما عليك سوى كتابة مجموعة جديدة من اللامدا وتمريرها إلى `TreeWalker`. لا تقوم بتعديل أي كود موجود. هذا يلتزم تمامًا بمبدأ الفتح/الإغلاق. تتطلب إضافة نوع عقدة جديد إضافة الهيكل وتحديث `std::variant` - تغيير واحد، موضع واحد - ثم تحديث الزوار الذين يحتاجون إلى معالجته. سيساعدك المترجم بلطف في تحديد الزوار (اللامدا المحملة بشكل زائد) التي لا تزال تفتقد إلى حمل زائد.

فصل ممتاز للاهتمامات

لقد عزلنا ثلاثة مسؤوليات متميزة:

• تمثيل البيانات: هياكل `Node` هي حاويات بيانات بسيطة وخاملة.
• آليات التتبع: فئة `TreeWalker` تمتلك حصريًا منطق كيفية التنقل في هيكل الشجرة. يمكنك بسهولة إنشاء `InOrderTreeWalker` أو `BreadthFirstTreeWalker` دون تغيير أي جزء آخر من النظام.
• منطق العمليات: تحتوي اللامدا التي يتم تمريرها إلى المشي على منطق العمل المحدد لمهمة معينة (تقييم، طباعة، التحقق من النوع، إلخ).

هذا الفصل يجعل الكود أسهل للفهم والاختبار والصيانة. لكل مكون مسؤولية واحدة محددة جيدًا.

إعادة استخدام فائقة

`TreeWalker` قابل لإعادة الاستخدام بشكل لا نهائي. منطق التتبع مكتوب مرة واحدة ويمكن تطبيقه على عدد غير محدود من العمليات. هذا يقلل من تكرار الكود واحتمالية الأخطاء التي يمكن أن تنشأ من إعادة تنفيذ منطق التتبع في كل زائر جديد.

كود موجز ومعبر

مع ميزات C++ الحديثة، غالبًا ما يكون الكود الناتج أكثر إيجازًا من تطبيقات الزائر الكلاسيكية. تسمح اللامدا بتعريف منطق العمليات في المكان الذي يتم استخدامه فيه، مما يمكن أن يحسن قابلية القراءة للعمليات البسيطة والموضعية. هيكل `Overloaded` المساعد لإنشاء الزوار من مجموعة من اللامدا هو نمط شائع وقوي يحافظ على تعريفات الزائر نظيفة.

المقايضات والاعتبارات المحتملة

لا يوجد نمط هو الحل السحري. من المهم فهم المقايضات المعنية.

تعقيد الإعداد الأولي

قد يبدو الإعداد الأولي لهيكل `Node` مع `std::variant` و `TreeWalker` العام أكثر تعقيدًا من استدعاء دالة تكرارية مباشرة. يوفر هذا النمط أكبر فائدة في الأنظمة التي يكون فيها هيكل الشجرة مستقرًا، ولكن من المتوقع أن ينمو عدد العمليات بمرور الوقت. بالنسبة للمهام البسيطة جدًا، التي تتم لمرة واحدة، لمعالجة الشجرة، قد تكون مبالغًا فيها.

الأداء

أداء هذا النمط في C++ باستخدام `std::visit` ممتاز. يتم تنفيذ `std::visit` عادةً بواسطة المترجمات باستخدام جدول قفز محسن للغاية، مما يجعل الإرسال سريعًا للغاية - غالبًا ما يكون أسرع من استدعاءات الدوال الافتراضية. في لغات أخرى قد تعتمد على الانعكاس أو عمليات البحث في القاموس عن الأنواع لتحقيق سلوك عام مشابه، قد يكون هناك حمل أداء ملحوظ مقارنة بالزائر الكلاسيكي ذي الإرسال الثابت.

الاعتماد على اللغة

تعتمد أناقة وكفاءة هذا التطبيق المحدد بشكل كبير على ميزات C++17. بينما يمكن نقل المبادئ، ستختلف تفاصيل التنفيذ في لغات أخرى. على سبيل المثال، في Java، قد يستخدم المرء واجهة مختومة وال مطابقة النمطية في الإصدارات الحديثة، أو مبعوث قائم على القاموس أكثر تفصيلاً في الإصدارات الأقدم.

تطبيقات وحالات استخدام في العالم الحقيقي

نمط الزائر العام لتتبع الشجرة ليس مجرد تمرين أكاديمي؛ إنه العمود الفقري للعديد من أنظمة البرمجيات المعقدة.

• المترجمات والمفسرات: هذه هي حالة الاستخدام النموذجية. يتم تتبع شجرة النحو المجرد (AST) عدة مرات بواسطة "زوار" أو "تمريرات" مختلفة. تتحقق تمريرة تحليل دلالي من أخطاء الأنواع، وتعيد تمريرة التحسين بناء الشجرة لتكون أكثر كفاءة، وتتتبع تمريرة توليد الكود الشجرة النهائية لإصدار كود الآلة أو البايت كود. كل تمريرة هي عملية منفصلة على نفس هيكل البيانات.
• أدوات التحليل الثابت: تقوم أدوات مثل المدققات، ومنسقي الكود، وفاحصي الأمان بتحليل الكود إلى AST ثم تشغيل زوار مختلفين عليه للعثور على أنماط، وفرض قواعد الأسلوب، أو اكتشاف ثغرات محتملة.
• معالجة المستندات (DOM): عند معالجة مستند XML أو HTML، فأنت تعمل مع شجرة. يمكن استخدام زائر عام لاستخراج جميع الروابط، وتحويل جميع الصور، أو تسلسل المستند إلى تنسيق مختلف.
• أطر عمل واجهة المستخدم: تمثل أطر عمل واجهة المستخدم الحديثة واجهة المستخدم كشجرة مكونات. يعد تتبع هذه الشجرة ضروريًا للعرض، ونشر تحديثات الحالة (كما في خوارزمية المصالحة في React)، أو إرسال الأحداث.
• رسوم بيانية للمشهد في الرسوميات ثلاثية الأبعاد: غالبًا ما يتم تمثيل مشهد ثلاثي الأبعاد كسلسلة هرمية للكائنات. يلزم التتبع لتطبيق التحويلات، وإجراء محاكاة فيزيائية، وتقديم الكائنات إلى مسار العرض. يمكن للمسافر العام تطبيق عملية عرض، ثم إعادة استخدامه لتطبيق عملية تحديث فيزيائية.

الخاتمة: مستوى جديد من التجريد

يمثل نمط الزائر العام، خاصة عند تنفيذه باستخدام `TreeWalker` مخصص، تطورًا قويًا في تصميم البرمجيات. يأخذ الوعد الأصلي لنمط الزائر - فصل البيانات والعمليات - ويرفعه من خلال فصل منطق التتبع المعقد أيضًا.

من خلال تقسيم المشكلة إلى ثلاثة مكونات متميزة متعامدة - البيانات والتتبع والعملية - نبني أنظمة أكثر وحدانية وقابلية للصيانة وقوة. القدرة على إضافة عمليات جديدة دون تعديل هياكل البيانات الأساسية أو كود التتبع هي فوز هائل لهندسة البرمجيات. يصبح `TreeWalker` أصلًا قابلاً لإعادة الاستخدام يمكنه تشغيل عشرات الميزات، مما يضمن أن منطق التتبع متسق وصحيح في كل مكان يتم استخدامه.

على الرغم من أنه يتطلب استثمارًا أوليًا في الفهم والإعداد، إلا أن نمط الزائر العام لتتبع الشجرة يدفع أرباحًا على مدار حياة المشروع. لأي مطور يعمل مع بيانات هرمية معقدة، فهو أداة أساسية لكتابة كود نظيف ومرن ودائم.