设计模式系列24—迭代器模式

1 迭代器模式的定义与特点

在现实生活以及程序设计中,经常要访问一个聚合对象中的各个元素,如“数据结构”中的链表遍历,通常的做法是将链表的创建和遍历都放在同一个类中,但这种方式不利于程序的扩展,如果要更换遍历方法就必须修改程序源代码,这违背了 “开闭原则”。

既然将遍历方法封装在聚合类中不可取,那么聚合类中不提供遍历方法,将遍历方法由用户自己实现是否可行呢?答案是同样不可取,因为这种方式会存在两个缺点:

  • 暴露了聚合类的内部表示,使其数据不安全;
  • 增加了客户的负担。

迭代器模式”能较好地克服以上缺点,它在客户访问类与聚合类之间插入一个迭代器,这分离了聚合对象与其遍历行为,对客户也隐藏了其内部细节,且满足“单一职责原则”和“开闭原则”,如 Java 中的 Collection、List、Set、Map 等都包含了迭代器。

1.1 定义

如果要问java中使用最多的一种模式,答案不是单例模式,也不是工厂模式,更不是策略模式,而是迭代器模式,先来看一段代码吧:

public static void print(Collection coll){  
   Iterator it = coll.iterator();  
   while(it.hasNext()){  
       String str = (String)it.next();  
       System.out.println(str);  
   }  
}

这个方法的作用是循环打印一个字符串集合,里面就用到了迭代器模式,java语言已经完整地实现了迭代器模式,Iterator翻译成汉语就是迭代器的意思。提到迭代器,首先它是与集合相关的,集合也叫聚集、容器等,我们可以将集合看成是一个可以包容对象的容器,例如List,Set,Map,甚至数组都可以叫做集合,而迭代器的作用就是把容器中的对象一个一个地遍历出来。

迭代器(Iterator)模式的定义:提供一个对象来顺序访问聚合对象中的一系列数据,而不暴露聚合对象的内部表示

1.2 结构

迭代器模式是通过将聚合对象的遍历行为分离出来,抽象成迭代器类来实现的,其目的是在不暴露聚合对象的内部结构的情况下,让外部代码透明地访问聚合的内部数据。现在我们来分析其基本结构与实现方法。
迭代器模式主要包含以下角色。

  • 抽象聚合(Aggregate)角色:定义存储、添加、删除聚合对象以及创建迭代器对象的接口。
  • 具体聚合(ConcreteAggregate)角色:实现抽象聚合类,返回一个具体迭代器的实例。
  • 抽象迭代器(Iterator)角色:定义访问和遍历聚合元素的接口,通常包含 hasNext()、first()、next() 等方法。
  • 具体迭代器(Concretelterator)角色:实现抽象迭代器接口中所定义的方法,完成对聚合对象的遍历,记录遍历的当前位置。

其结构图如图所示
image.png

2 迭代器模式的优缺点

2.1 优点

迭代器模式是一种对象行为型模式,其主要优点如下。

  • 访问一个聚合对象的内容而无须暴露它的内部表示。
  • 遍历任务交由迭代器完成,这简化了聚合类。
  • 它支持以不同方式遍历一个聚合,甚至可以自定义迭代器的子类以支持新的遍历。
  • 增加新的聚合类和迭代器类都很方便,无须修改原有代码。
  • 封装性良好,为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口。

2.2 缺点

其主要缺点是:

  • 增加了类的个数,这在一定程度上增加了系统的复杂性。

3 迭代器模式的使用场景

前面介绍了关于迭代器模式的结构与特点,下面介绍其应用场景,迭代器模式通常在以下几种情况使用。

  • 当需要为聚合对象提供多种遍历方式时。
  • 当需要为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口时。
  • 当访问一个聚合对象的内容而无须暴露其内部细节的表示时。

由于聚合与迭代器的关系非常密切,所以大多数语言在实现聚合类时都提供了迭代器类,因此大数情况下使用语言中已有的聚合类的迭代器就已经够了。

4 迭代器模式的实现

迭代器模式的实现代码如下:

public class IteratorPattern
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Aggregate ag=new ConcreteAggregate(); 
        ag.add("中山大学"); 
        ag.add("华南理工"); 
        ag.add("韶关学院");
        System.out.print("聚合的内容有:");
        Iterator it=ag.getIterator(); 
        while(it.hasNext())
        { 
            Object ob=it.next(); 
            System.out.print(ob.toString()+"\t"); 
        }
        Object ob=it.first();
        System.out.println("\nFirst:"+ob.toString());
    }
}
//抽象聚合
interface Aggregate
{ 
    public void add(Object obj); 
    public void remove(Object obj); 
    public Iterator getIterator(); 
}
//具体聚合
class ConcreteAggregate implements Aggregate
{ 
    private List<Object> list=new ArrayList<Object>(); 
    public void add(Object obj)
    { 
        list.add(obj); 
    }
    public void remove(Object obj)
    { 
        list.remove(obj); 
    }
    public Iterator getIterator()
    { 
        return(new ConcreteIterator(list)); 
    }     
}
//抽象迭代器
interface Iterator
{
    Object first();
    Object next();
    boolean hasNext();
}
//具体迭代器
class ConcreteIterator implements Iterator
{ 
    private List<Object> list=null; 
    private int index=-1; 
    public ConcreteIterator(List<Object> list)
    { 
        this.list=list; 
    } 
    public boolean hasNext()
    { 
        if(index<list.size()-1)
        { 
            return true;
        }
        else
        {
            return false;
        }
    }
    public Object first()
    {
        index=0;
        Object obj=list.get(index);;
        return obj;
    }
    public Object next()
    { 
        Object obj=null; 
        if(this.hasNext())
        { 
            obj=list.get(++index); 
        } 
        return obj; 
    }   
}

程序运行结果如下:

聚合的内容有:中山大学    华南理工    韶关学院   
First:中山大学

5 迭代器模式的常见问题

5.1 迭代器模式的扩展

迭代器模式常常与组合模式结合起来使用,在对组合模式中的容器构件进行访问时,经常将迭代器潜藏在组合模式的容器构成类中。当然,也可以构造一个外部迭代器来对容器构件进行访问,其结构图如图所示。
image.png

更新时间:2020-09-08 09:08:17

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最后更新:2020-09-08 09:08:17

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