लचीले ट्री ट्रैवर्सल को अनलॉक करना: जेनेरिक विज़िटर पैटर्न का एक गहन विश्लेषण

सॉफ्टवेयर इंजीनियरिंग की दुनिया में, हम अक्सर पदानुक्रमित, पेड़-जैसी संरचनाओं में व्यवस्थित डेटा का सामना करते हैं। एब्स्ट्रैक्ट सिंटैक्स ट्री (ASTs) जिनका उपयोग कंपाइलर हमारे कोड को समझने के लिए करते हैं, से लेकर डॉक्यूमेंट ऑब्जेक्ट मॉडल (DOM) जो वेब को शक्ति प्रदान करता है, और यहां तक कि साधारण फाइल सिस्टम तक, पेड़ हर जगह हैं। इन संरचनाओं के साथ काम करते समय एक मौलिक कार्य ट्रैवर्सल है: कुछ ऑपरेशन करने के लिए प्रत्येक नोड पर जाना। चुनौती, हालांकि, इसे एक ऐसे तरीके से करना है जो स्वच्छ, रखरखाव योग्य और विस्तार योग्य हो।

पारंपरिक दृष्टिकोण अक्सर ऑपरेशनल लॉजिक को सीधे नोड क्लास के भीतर एम्बेड करते हैं। यह मोनोलिथिक, कसकर युग्मित (tightly-coupled) कोड की ओर जाता है जो मुख्य सॉफ्टवेयर डिज़ाइन सिद्धांतों का उल्लंघन करता है। एक नया ऑपरेशन, जैसे कि एक प्रिटी-प्रिंटर या एक वैलिडेटर, जोड़ने से आपको हर नोड क्लास को संशोधित करने के लिए मजबूर होना पड़ता है, जिससे सिस्टम नाजुक और बनाए रखने में मुश्किल हो जाता है।

क्लासिक विज़िटर डिज़ाइन पैटर्न एल्गोरिदम को उन ऑब्जेक्ट्स से अलग करके एक शक्तिशाली समाधान प्रदान करता है जिन पर वे काम करते हैं। लेकिन क्लासिक पैटर्न की भी अपनी सीमाएँ हैं, खासकर जब विस्तार की बात आती है। यहीं पर जेनेरिक विज़िटर पैटर्न, विशेष रूप से जब ट्री ट्रैवर्सल पर लागू होता है, अपनी जगह बनाता है। जेनेरिक्स, टेम्प्लेट्स और वेरिएंट जैसी आधुनिक प्रोग्रामिंग भाषा सुविधाओं का लाभ उठाकर, हम किसी भी ट्री संरचना को संसाधित करने के लिए एक अत्यधिक लचीला, पुन: प्रयोज्य और शक्तिशाली सिस्टम बना सकते हैं।

यह गहन विश्लेषण आपको क्लासिक विज़िटर पैटर्न से एक परिष्कृत, जेनेरिक कार्यान्वयन तक की यात्रा में मार्गदर्शन करेगा। हम खोज करेंगे:

• क्लासिक विज़िटर पैटर्न और इसकी अंतर्निहित चुनौतियों पर एक पुनश्चर्या।
• एक जेनेरिक दृष्टिकोण का विकास जो संचालन को और भी अधिक अलग करता है।
• एक जेनेरिक ट्री ट्रैवर्सल विज़िटर का एक विस्तृत, चरण-दर-चरण कार्यान्वयन।
• ट्रैवर्सल लॉजिक को ऑपरेशनल लॉजिक से अलग करने के गहरे लाभ।
• वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग जहां यह पैटर्न अत्यधिक मूल्य प्रदान करता है।

चाहे आप एक कंपाइलर, एक स्टैटिक एनालिसिस टूल, एक यूआई फ्रेमवर्क, या कोई भी सिस्टम बना रहे हों जो जटिल डेटा संरचनाओं पर निर्भर करता है, इस पैटर्न में महारत हासिल करना आपकी वास्तुशिल्प सोच और आपके कोड की गुणवत्ता को बढ़ाएगा।

क्लासिक विज़िटर पैटर्न पर एक नज़र

इससे पहले कि हम जेनेरिक विकास की सराहना कर सकें, हमें इसकी नींव की ठोस समझ होनी चाहिए। विज़िटर पैटर्न, जैसा कि "गैंग ऑफ फोर" ने अपनी मौलिक पुस्तक डिज़ाइन पैटर्न्स: एलिमेंट्स ऑफ़ रियूज़ेबल ऑब्जेक्ट-ओरिएंटेड सॉफ़्टवेयर में वर्णित किया है, एक व्यवहारिक पैटर्न है जो आपको मौजूदा ऑब्जेक्ट संरचनाओं को संशोधित किए बिना उनमें नए ऑपरेशन जोड़ने की अनुमति देता है।

यह क्या समस्या हल करता है

कल्पना कीजिए कि आपके पास एक साधारण अंकगणितीय अभिव्यक्ति ट्री है जो विभिन्न नोड प्रकारों से बना है, जैसे कि NumberNode (एक शाब्दिक मान) और AdditionNode (दो उप-अभिव्यक्तियों के जोड़ का प्रतिनिधित्व करता है)। आप इस ट्री पर कई अलग-अलग ऑपरेशन करना चाह सकते हैं:

• मूल्यांकन (Evaluation): अभिव्यक्ति के अंतिम संख्यात्मक परिणाम की गणना करें।
• सुंदर मुद्रण (Pretty Printing): एक मानव-पठनीय स्ट्रिंग प्रतिनिधित्व उत्पन्न करें, जैसे "(5 + 3)"।
• प्रकार जाँच (Type Checking): सत्यापित करें कि शामिल प्रकारों के लिए संचालन मान्य हैं।

भोला दृष्टिकोण यह होगा कि `evaluate()`, `print()`, और `typeCheck()` जैसे तरीकों को बेस `Node` क्लास में जोड़ा जाए और उन्हें प्रत्येक ठोस नोड क्लास में ओवरराइड किया जाए। यह नोड क्लास को असंबंधित तर्क से भर देता है। हर बार जब आप एक नया ऑपरेशन बनाते हैं, तो आपको पदानुक्रम में हर एक नोड क्लास को छूना पड़ता है। यह ओपन/क्लोज्ड प्रिंसिपल का उल्लंघन करता है, जिसमें कहा गया है कि सॉफ्टवेयर इकाइयाँ विस्तार के लिए खुली होनी चाहिए लेकिन संशोधन के लिए बंद होनी चाहिए।

क्लासिक समाधान: डबल डिस्पैच

विज़िटर पैटर्न इस समस्या को दो नई पदानुक्रमियों को पेश करके हल करता है: एक विज़िटर पदानुक्रम और एक एलिमेंट पदानुक्रम (हमारे नोड्स)। जादू एक तकनीक में निहित है जिसे डबल डिस्पैच कहा जाता है।

मुख्य खिलाड़ी हैं:

• एलिमेंट इंटरफ़ेस (जैसे, `Node`): एक `accept(Visitor v)` विधि को परिभाषित करता है।
• कंक्रीट एलिमेंट्स (जैसे, `NumberNode`, `AdditionNode`): `accept` विधि को लागू करें। कार्यान्वयन सरल है: `visitor.visit(this);`।
• विज़िटर इंटरफ़ेस: प्रत्येक कंक्रीट एलिमेंट प्रकार के लिए एक ओवरलोडेड `visit` विधि घोषित करता है। उदाहरण के लिए, `visit(NumberNode n)` और `visit(AdditionNode n)`।
• कंक्रीट विज़िटर (जैसे, `EvaluationVisitor`, `PrintVisitor`): एक विशिष्ट ऑपरेशन करने के लिए `visit` विधियों को लागू करता है।

यह इस तरह काम करता है: आप `node.accept(myVisitor)` को कॉल करते हैं। `accept` के अंदर, नोड `myVisitor.visit(this)` को कॉल करता है। इस बिंदु पर, कंपाइलर `this` के कंक्रीट प्रकार (जैसे, `AdditionNode`) और `myVisitor` के कंक्रीट प्रकार (जैसे, `EvaluationVisitor`) को जानता है। इसलिए यह सही `visit` विधि पर भेज सकता है: `EvaluationVisitor::visit(AdditionNode*)`। यह दो-चरणीय कॉल वह हासिल करती है जो एक एकल वर्चुअल फ़ंक्शन कॉल नहीं कर सकता है: दो अलग-अलग ऑब्जेक्ट्स के रनटाइम प्रकारों के आधार पर सही विधि का समाधान करना।

क्लासिक पैटर्न की सीमाएँ

हालांकि सुरुचिपूर्ण, क्लासिक विज़िटर पैटर्न में एक महत्वपूर्ण कमी है जो इसे विकसित हो रहे सिस्टम में उपयोग करने में बाधा डालती है: तत्व पदानुक्रम में कठोरता।

`Visitor` इंटरफ़ेस में प्रत्येक `ConcreteElement` प्रकार के लिए एक `visit` विधि होती है। यदि आप एक नया नोड प्रकार जोड़ना चाहते हैं - मान लीजिए, एक `MultiplicationNode` - तो आपको बेस `Visitor` इंटरफ़ेस में एक नई `visit(MultiplicationNode n)` विधि जोड़नी होगी। यह आपको इस नई विधि को लागू करने के लिए अपने सिस्टम में मौजूद प्रत्येक कंक्रीट विज़िटर क्लास को अपडेट करने के लिए मजबूर करता है। वही समस्या जिसे हमने नए ऑपरेशन जोड़ने के लिए हल किया था, अब नए तत्व प्रकार जोड़ने पर फिर से प्रकट होती है। सिस्टम ऑपरेशन पक्ष पर संशोधन के लिए बंद है लेकिन तत्व पक्ष पर पूरी तरह से खुला है।

तत्व पदानुक्रम और विज़िटर पदानुक्रम के बीच यह चक्रीय निर्भरता एक अधिक लचीले, सामान्य समाधान की तलाश के लिए प्राथमिक प्रेरणा है।

जेनेरिक विकास: एक अधिक लचीला दृष्टिकोण

क्लासिक पैटर्न की मुख्य सीमा विज़िटर इंटरफ़ेस और कंक्रीट एलिमेंट प्रकारों के बीच स्थिर, संकलन-समय का बंधन है। जेनेरिक दृष्टिकोण इस बंधन को तोड़ने का प्रयास करता है। केंद्रीय विचार सही हैंडलिंग तर्क पर भेजने की जिम्मेदारी को ओवरलोडेड तरीकों के एक कठोर इंटरफ़ेस से दूर स्थानांतरित करना है।

आधुनिक C++, अपनी शक्तिशाली टेम्पलेट मेटाप्रोग्रामिंग और `std::variant` जैसी मानक लाइब्रेरी सुविधाओं के साथ, इसे लागू करने का एक असाधारण रूप से स्वच्छ और कुशल तरीका प्रदान करता है। C# या Java जैसी भाषाओं में एक समान दृष्टिकोण प्रतिबिंब या जेनेरिक इंटरफेस का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है, यद्यपि संभावित प्रदर्शन ट्रेड-ऑफ के साथ।

हमारा लक्ष्य एक ऐसा सिस्टम बनाना है जहां:

1. नए नोड प्रकार जोड़ना स्थानीयकृत है और सभी मौजूदा विज़िटर कार्यान्वयनों में परिवर्तनों के झरने की आवश्यकता नहीं है।
2. नए ऑपरेशन जोड़ना सरल रहता है, जो विज़िटर पैटर्न के मूल लक्ष्य के अनुरूप है।
3. ट्रैवर्सल लॉजिक स्वयं (जैसे, प्री-ऑर्डर, पोस्ट-ऑर्डर) को सामान्य रूप से परिभाषित किया जा सकता है और किसी भी ऑपरेशन के लिए पुन: उपयोग किया जा सकता है।

यह तीसरा बिंदु हमारे "ट्री ट्रैवर्सल प्रकार कार्यान्वयन" की कुंजी है। हम न केवल ऑपरेशन को डेटा संरचना से अलग करेंगे, बल्कि हम ट्रैवर्स करने की क्रिया को संचालन की क्रिया से भी अलग करेंगे।

C++ में ट्री ट्रैवर्सल के लिए जेनेरिक विज़िटर को लागू करना

हम अपने जेनेरिक विज़िटर फ्रेमवर्क को बनाने के लिए आधुनिक C++ (C++17 या बाद का) का उपयोग करेंगे। `std::variant`, `std::unique_ptr`, और टेम्प्लेट्स का संयोजन हमें एक प्रकार-सुरक्षित, कुशल और अत्यधिक अभिव्यंजक समाधान देता है।

चरण 1: ट्री नोड संरचना को परिभाषित करना

सबसे पहले, आइए हम अपने नोड प्रकारों को परिभाषित करें। एक वर्चुअल `accept` विधि के साथ एक पारंपरिक वंशानुक्रम पदानुक्रम के बजाय, हम अपने नोड्स को सरल संरचनाओं के रूप में परिभाषित करेंगे। फिर हम `std::variant` का उपयोग एक योग प्रकार बनाने के लिए करेंगे जो हमारे किसी भी नोड प्रकार को धारण कर सकता है।

एक पुनरावर्ती संरचना (एक पेड़ जहां नोड्स में अन्य नोड्स होते हैं) की अनुमति देने के लिए, हमें अप्रत्यक्षता की एक परत की आवश्यकता है। एक `Node` संरचना संस्करण को लपेटेगी और अपने बच्चों के लिए `std::unique_ptr` का उपयोग करेगी।

फ़ाइल: `Nodes.h`

#include <memory> #include <variant> #include <vector> // मुख्य नोड रैपर को फॉरवर्ड-डिक्लेयर करें struct Node; // ठोस नोड प्रकारों को सरल डेटा समुच्चय के रूप में परिभाषित करें 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; }; // सभी संभावित नोड प्रकारों का एक योग प्रकार बनाने के लिए std::variant का उपयोग करें using NodeVariant = std::variant<NumberNode, BinaryOpNode, UnaryOpNode>; // मुख्य नोड संरचना जो संस्करण को लपेटती है struct Node {     NodeVariant var; };

यह संरचना पहले से ही एक बहुत बड़ा सुधार है। नोड प्रकार सादे पुराने डेटा संरचनाएं हैं। उन्हें विज़िटर्स या किसी भी ऑपरेशन का कोई ज्ञान नहीं है। एक `FunctionCallNode` जोड़ने के लिए, आप बस संरचना को परिभाषित करते हैं और इसे `NodeVariant` उपनाम में जोड़ते हैं। यह डेटा संरचना के लिए संशोधन का एक एकल बिंदु है।

चरण 2: `std::visit` के साथ एक जेनेरिक विज़िटर बनाना

`std::visit` उपयोगिता इस पैटर्न का आधारशिला है। यह एक कॉल करने योग्य ऑब्जेक्ट (जैसे एक फ़ंक्शन, लैम्ब्डा, या एक `operator()` के साथ एक ऑब्जेक्ट) और एक `std::variant` लेता है, और यह वेरिएंट में वर्तमान में सक्रिय प्रकार के आधार पर कॉल करने योग्य के सही ओवरलोड को लागू करता है। यह हमारा प्रकार-सुरक्षित, संकलन-समय डबल डिस्पैच तंत्र है।

एक विज़िटर अब बस एक संरचना है जिसमें वेरिएंट में प्रत्येक प्रकार के लिए एक ओवरलोडेड `operator()` होता है।

आइए इसे क्रिया में देखने के लिए एक सरल प्रिटी-प्रिंटर विज़िटर बनाएं।

फ़ाइल: `PrettyPrinter.h`

#include "Nodes.h" #include <string> #include <iostream> struct PrettyPrinter {     // NumberNode के लिए ओवरलोड     void operator()(const NumberNode& node) const {         std::cout << node.value;     }     // UnaryOpNode के लिए ओवरलोड     void operator()(const UnaryOpNode& node) const {         std::cout << "(-";         std::visit(*this, node.operand->var); // पुनरावर्ती विज़िट         std::cout << ")";     }     // BinaryOpNode के लिए ओवरलोड     void operator()(const BinaryOpNode& node) const {         std::cout << "(";         std::visit(*this, node.left->var); // पुनरावर्ती विज़िट         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); // पुनरावर्ती विज़िट         std::cout << ")";     } };

ध्यान दें कि यहां क्या हो रहा है। ट्रैवर्सल लॉजिक (बच्चों का दौरा करना) और ऑपरेशनल लॉजिक (कोष्ठक और ऑपरेटरों को प्रिंट करना) `PrettyPrinter` के अंदर एक साथ मिश्रित हैं। यह कार्यात्मक है, लेकिन हम और भी बेहतर कर सकते हैं। हम क्या को कैसे से अलग कर सकते हैं।

चरण 3: शो का स्टार - जेनेरिक ट्री ट्रैवर्सल विज़िटर

अब, हम मुख्य अवधारणा का परिचय देते हैं: एक पुन: प्रयोज्य `TreeWalker` जो ट्रैवर्सल रणनीति को समाहित करता है। यह `TreeWalker` स्वयं एक विज़िटर होगा, लेकिन इसका एकमात्र काम पेड़ पर चलना है। यह अन्य फ़ंक्शंस (लैम्ब्डा या फ़ंक्शन ऑब्जेक्ट्स) लेगा जो ट्रैवर्सल के दौरान विशिष्ट बिंदुओं पर निष्पादित होते हैं।

हम विभिन्न रणनीतियों का समर्थन कर सकते हैं, लेकिन एक सामान्य और शक्तिशाली तरीका "प्री-विज़िट" (बच्चों का दौरा करने से पहले) और "पोस्ट-विज़िट" (बच्चों का दौरा करने के बाद) के लिए हुक प्रदान करना है। यह सीधे प्री-ऑर्डर और पोस्ट-ऑर्डर ट्रैवर्सल क्रियाओं से मेल खाता है।

फ़ाइल: `TreeWalker.h`

#include "Nodes.h" #include <functional> template <typename PreVisitAction, typename PostVisitAction> struct TreeWalker {     PreVisitAction pre_visit;     PostVisitAction post_visit;     // बिना बच्चों वाले नोड्स (टर्मिनल) के लिए आधार मामला     void operator()(const NumberNode& node) {         pre_visit(node);         post_visit(node);     }     // एक बच्चे वाले नोड्स के लिए मामला     void operator()(const UnaryOpNode& node) {         pre_visit(node);         std::visit(*this, node.operand->var); // पुनरावर्तन         post_visit(node);     }     // दो बच्चों वाले नोड्स के लिए मामला     void operator()(const BinaryOpNode& node) {         pre_visit(node);         std::visit(*this, node.left->var); // बाएँ पुनरावर्तन         std::visit(*this, node.right->var); // दाएँ पुनरावर्तन         post_visit(node);     } }; // वॉकर बनाने को आसान बनाने के लिए सहायक फ़ंक्शन template <typename Pre, typename Post> auto make_tree_walker(Pre pre, Post post) {     return TreeWalker<Pre, Post>{pre, post}; }

यह `TreeWalker` पृथक्करण की एक उत्कृष्ट कृति है। यह प्रिंटिंग, मूल्यांकन, या प्रकार-जांच के बारे में कुछ नहीं जानता है। इसका एकमात्र उद्देश्य पेड़ का गहराई-प्रथम ट्रैवर्सल करना और प्रदान किए गए हुक को कॉल करना है। `pre_visit` क्रिया प्री-ऑर्डर में निष्पादित होती है, और `post_visit` क्रिया पोस्ट-ऑर्डर में निष्पादित होती है। कौन सा लैम्ब्डा लागू करना है, यह चुनकर उपयोगकर्ता किसी भी प्रकार का ऑपरेशन कर सकता है।

चरण 4: शक्तिशाली, डीकपल्ड ऑपरेशंस के लिए `TreeWalker` का उपयोग करना

अब, चलिए हमारे `PrettyPrinter` को रिफैक्टर करते हैं और हमारे नए जेनेरिक `TreeWalker` का उपयोग करके एक `EvaluationVisitor` बनाते हैं। ऑपरेशनल लॉजिक अब सरल लैम्ब्डा के रूप में व्यक्त किया जाएगा।

लैम्ब्डा कॉल्स के बीच स्थिति पास करने के लिए (जैसे मूल्यांकन स्टैक), हम संदर्भ द्वारा चर कैप्चर कर सकते हैं।

फ़ाइल: `main.cpp`

#include "Nodes.h" #include "TreeWalker.h" #include <iostream> #include <string> #include <vector> // किसी भी नोड प्रकार को संभालने वाले एक सामान्य लैम्ब्डा बनाने के लिए सहायक template<class... Ts> struct Overloaded : Ts... { using Ts::operator()...; }; template<class... Ts> Overloaded(Ts...) -> Overloaded<Ts...>; int main() {     // चलिए अभिव्यक्ति के लिए एक पेड़ बनाते हैं: (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 << "--- प्रिटी प्रिंटिंग ऑपरेशन ---\n";     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&) {}, // कुछ मत करो         [](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;             }         }     }; // यह काम नहीं करेगा क्योंकि बच्चे प्री और पोस्ट के बीच देखे जाते हैं। // चलिए इन-ऑर्डर प्रिंट के लिए वॉकर को और अधिक लचीला बनाने के लिए इसे परिष्कृत करते हैं। // प्रिटी प्रिंटिंग के लिए एक बेहतर तरीका "इन-विज़िट" हुक रखना है। // सरलता के लिए, चलिए प्रिंटिंग लॉजिक को थोड़ा पुनर्गठित करते हैं। // या बेहतर है, चलिए एक समर्पित PrintWalker बनाते हैं। चलिए अभी के लिए प्री/पोस्ट पर टिके रहते हैं और मूल्यांकन दिखाते हैं जो एक बेहतर फिट है।     std::cout << "\n--- मूल्यांकन ऑपरेशन ---\n";     std::vector<double> eval_stack;     auto eval_pre_visit = [](const auto&){}; // प्री-विज़िट पर कुछ न करें     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 << "मूल्यांकन परिणाम: " << eval_stack.back() << std::endl;     return 0; }

मूल्यांकन तर्क को देखें। यह एक पोस्ट-ऑर्डर ट्रैवर्सल के लिए एक आदर्श फिट है। हम केवल एक ऑपरेशन करते हैं जब उसके बच्चों के मानों की गणना हो जाती है और स्टैक पर धकेल दिए जाते हैं। `eval_post_visit` लैम्ब्डा `eval_stack` को कैप्चर करता है और मूल्यांकन के लिए सभी तर्क शामिल करता है। यह तर्क नोड परिभाषाओं और `TreeWalker` से पूरी तरह से अलग है। हमने चिंताओं का एक सुंदर तीन-तरफा पृथक्करण प्राप्त किया है: डेटा संरचना (नोड्स), ट्रैवर्सल एल्गोरिथम (`TreeWalker`), और ऑपरेशन लॉजिक (लैम्ब्डा)।

जेनेरिक विज़िटर दृष्टिकोण के लाभ

यह कार्यान्वयन रणनीति महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करती है, विशेष रूप से बड़े पैमाने पर, लंबे समय तक चलने वाले सॉफ्टवेयर प्रोजेक्ट्स में।

अद्वितीय लचीलापन और विस्तारशीलता

यह प्राथमिक लाभ है। एक नया ऑपरेशन जोड़ना मामूली है। आप बस लैम्ब्डा का एक नया सेट लिखते हैं और उन्हें `TreeWalker` को पास करते हैं। आप किसी भी मौजूदा कोड को नहीं छूते हैं। यह पूरी तरह से ओपन/क्लोज्ड प्रिंसिपल का पालन करता है। एक नया नोड प्रकार जोड़ने के लिए संरचना को जोड़ने और `std::variant` उपनाम को अपडेट करने की आवश्यकता होती है - एक एकल, स्थानीयकृत परिवर्तन - और फिर उन विज़िटर्स को अपडेट करना जो इसे संभालने की आवश्यकता है। कंपाइलर सहायक रूप से आपको बताएगा कि अब किन विज़िटर्स (ओवरलोडेड लैम्ब्डा) में एक ओवरलोड गायब है।

चिंताओं का बेहतर पृथक्करण

हमने तीन अलग-अलग जिम्मेदारियों को अलग कर दिया है:

• डेटा प्रतिनिधित्व: `Node` संरचनाएं सरल, निष्क्रिय डेटा कंटेनर हैं।
• ट्रैवर्सल मैकेनिक्स: `TreeWalker` क्लास विशेष रूप से पेड़ संरचना को नेविगेट करने के तरीके के लिए तर्क का मालिक है। आप सिस्टम के किसी अन्य हिस्से को बदले बिना आसानी से एक `InOrderTreeWalker` या `BreadthFirstTreeWalker` बना सकते हैं।
• ऑपरेशनल लॉजिक: वॉकर को दिए गए लैम्ब्डा में किसी दिए गए कार्य (मूल्यांकन, प्रिंटिंग, टाइप चेकिंग, आदि) के लिए विशिष्ट व्यावसायिक तर्क होता है।

यह पृथक्करण कोड को समझने, परीक्षण करने और बनाए रखने में आसान बनाता है। प्रत्येक घटक की एक एकल, अच्छी तरह से परिभाषित जिम्मेदारी होती है।

बढ़ी हुई पुन: प्रयोज्यता

`TreeWalker` असीम रूप से पुन: प्रयोज्य है। ट्रैवर्सल लॉजिक एक बार लिखा जाता है और इसे असीमित संख्या में ऑपरेशनों पर लागू किया जा सकता है। यह कोड दोहराव और उन बगों की संभावना को कम करता है जो हर नए विज़िटर में ट्रैवर्सल लॉजिक को फिर से लागू करने से उत्पन्न हो सकते हैं।

संक्षिप्त और अभिव्यंजक कोड

आधुनिक C++ सुविधाओं के साथ, परिणामी कोड अक्सर क्लासिक विज़िटर कार्यान्वयन की तुलना में अधिक संक्षिप्त होता है। लैम्ब्डा ऑपरेशनल लॉजिक को वहीं परिभाषित करने की अनुमति देते हैं जहां इसका उपयोग किया जाता है, जो सरल, स्थानीयकृत संचालन के लिए पठनीयता में सुधार कर सकता है। लैम्ब्डा के एक सेट से विज़िटर बनाने के लिए `Overloaded` हेल्पर संरचना एक सामान्य और शक्तिशाली मुहावरा है जो विज़िटर परिभाषाओं को साफ रखता है।

संभावित कमियाँ और विचार

कोई भी पैटर्न रामबाण नहीं है। इसमें शामिल ट्रेड-ऑफ को समझना महत्वपूर्ण है।

प्रारंभिक सेटअप जटिलता

`std::variant` और जेनेरिक `TreeWalker` के साथ `Node` संरचना का प्रारंभिक सेटअप एक सीधे पुनरावर्ती फ़ंक्शन कॉल की तुलना में अधिक जटिल महसूस कर सकता है। यह पैटर्न उन प्रणालियों में सबसे अधिक लाभ प्रदान करता है जहां पेड़ की संरचना स्थिर होती है, लेकिन समय के साथ संचालन की संख्या बढ़ने की उम्मीद है। बहुत ही सरल, एकमुश्त पेड़ प्रसंस्करण कार्यों के लिए, यह अधिक हो सकता है।

प्रदर्शन

C++ में `std::visit` का उपयोग करके इस पैटर्न का प्रदर्शन उत्कृष्ट है। `std::visit` को आमतौर पर कंपाइलर द्वारा एक अत्यधिक अनुकूलित जंप टेबल का उपयोग करके लागू किया जाता है, जिससे प्रेषण अत्यंत तेज हो जाता है - अक्सर वर्चुअल फ़ंक्शन कॉल से भी तेज। अन्य भाषाओं में जो समान सामान्य व्यवहार प्राप्त करने के लिए प्रतिबिंब या शब्दकोश-आधारित प्रकार लुकअप पर निर्भर हो सकती हैं, एक क्लासिक, स्थिर रूप से भेजे गए विज़िटर की तुलना में एक ध्यान देने योग्य प्रदर्शन ओवरहेड हो सकता है।

भाषा पर निर्भरता

इस विशिष्ट कार्यान्वयन की सुंदरता और दक्षता C++17 सुविधाओं पर बहुत अधिक निर्भर है। जबकि सिद्धांत हस्तांतरणीय हैं, अन्य भाषाओं में कार्यान्वयन विवरण अलग-अलग होंगे। उदाहरण के लिए, जावा में, कोई आधुनिक संस्करणों में एक सीलबंद इंटरफ़ेस और पैटर्न मिलान का उपयोग कर सकता है, या पुराने संस्करणों में एक अधिक वर्बोस मैप-आधारित डिस्पैचर का उपयोग कर सकता है।

वास्तविक-दुनिया के अनुप्रयोग और उपयोग के मामले

ट्री ट्रैवर्सल के लिए जेनेरिक विज़िटर पैटर्न केवल एक अकादमिक अभ्यास नहीं है; यह कई जटिल सॉफ्टवेयर सिस्टम की रीढ़ है।

• कंपाइलर और इंटरप्रेटर: यह विहित उपयोग का मामला है। एक एब्स्ट्रैक्ट सिंटैक्स ट्री (AST) को अलग-अलग "विज़िटर्स" या "पास" द्वारा कई बार ट्रैवर्स किया जाता है। एक सिमेंटिक विश्लेषण पास प्रकार की त्रुटियों की जाँच करता है, एक ऑप्टिमाइज़ेशन पास ट्री को अधिक कुशल बनाने के लिए फिर से लिखता है, और एक कोड जनरेशन पास मशीन कोड या बाइटकोड उत्सर्जित करने के लिए अंतिम ट्री को ट्रैवर्स करता है। प्रत्येक पास एक ही डेटा संरचना पर एक अलग ऑपरेशन है।
• स्थैतिक विश्लेषण उपकरण: लिंटर्स, कोड फॉर्मेटर्स, और सुरक्षा स्कैनर जैसे उपकरण कोड को एक एएसटी में पार्स करते हैं और फिर पैटर्न खोजने, शैली नियमों को लागू करने, या संभावित कमजोरियों का पता लगाने के लिए उस पर विभिन्न विज़िटर चलाते हैं।
• दस्तावेज़ प्रसंस्करण (DOM): जब आप एक XML या HTML दस्तावेज़ में हेरफेर करते हैं, तो आप एक पेड़ के साथ काम कर रहे होते हैं। सभी लिंक निकालने, सभी छवियों को बदलने, या दस्तावेज़ को एक अलग प्रारूप में क्रमबद्ध करने के लिए एक सामान्य विज़िटर का उपयोग किया जा सकता है।
• यूआई फ्रेमवर्क: आधुनिक यूआई फ्रेमवर्क यूजर इंटरफेस को एक घटक ट्री के रूप में दर्शाते हैं। इस ट्री को ट्रैवर्स करना रेंडरिंग, स्थिति अपडेट का प्रचार करने (जैसे रिएक्ट के सुलह एल्गोरिथ्म में), या घटनाओं को भेजने के लिए आवश्यक है।
• 3डी ग्राफिक्स में सीन ग्राफ: एक 3डी दृश्य को अक्सर वस्तुओं के पदानुक्रम के रूप में दर्शाया जाता है। परिवर्तनों को लागू करने, भौतिकी सिमुलेशन करने और वस्तुओं को रेंडरिंग पाइपलाइन में जमा करने के लिए एक ट्रैवर्सल की आवश्यकता होती है। एक सामान्य वॉकर एक रेंडरिंग ऑपरेशन लागू कर सकता है, फिर भौतिकी अद्यतन ऑपरेशन लागू करने के लिए पुन: उपयोग किया जा सकता है।

निष्कर्ष: एब्स्ट्रैक्शन का एक नया स्तर

जेनेरिक विज़िटर पैटर्न, विशेष रूप से जब एक समर्पित `TreeWalker` के साथ लागू किया जाता है, सॉफ्टवेयर डिजाइन में एक शक्तिशाली विकास का प्रतिनिधित्व करता है। यह विज़िटर पैटर्न के मूल वादे - डेटा और संचालन का पृथक्करण - को लेता है और ट्रैवर्सल के जटिल तर्क को भी अलग करके इसे बढ़ाता है।

समस्या को तीन अलग-अलग, ऑर्थोगोनल घटकों - डेटा, ट्रैवर्सल, और ऑपरेशन - में तोड़कर, हम ऐसे सिस्टम बनाते हैं जो अधिक मॉड्यूलर, रखरखाव योग्य और मजबूत होते हैं। कोर डेटा संरचनाओं या ट्रैवर्सल कोड को संशोधित किए बिना नए ऑपरेशन जोड़ने की क्षमता सॉफ्टवेयर आर्किटेक्चर के लिए एक बहुत बड़ी जीत है। `TreeWalker` एक पुन: प्रयोज्य संपत्ति बन जाती है जो दर्जनों सुविधाओं को शक्ति प्रदान कर सकती है, यह सुनिश्चित करते हुए कि ट्रैवर्सल तर्क सुसंगत और सही है जहां भी इसका उपयोग किया जाता है।

हालांकि इसे समझने और सेटअप में एक प्रारंभिक निवेश की आवश्यकता होती है, जेनेरिक ट्री ट्रैवर्सल विज़िटर पैटर्न एक परियोजना के जीवन भर लाभांश देता है। जटिल पदानुक्रमित डेटा के साथ काम करने वाले किसी भी डेवलपर के लिए, यह स्वच्छ, लचीला और स्थायी कोड लिखने के लिए एक आवश्यक उपकरण है।