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行为型_迭代器模式

原文:http://c.biancheng.net/view/1369.html

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:

  1. 暴露了聚合类的内部表示,使其数据不安全;
  2. 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。

定义与特点

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。迭代器模式是一种对象行为型模式,其主要优点如下。

  1. 访问一个聚合对象的内容而无须暴露它的内部表示。
  2. 遍历任务交由迭代器完成,这简化了聚合类。
  3. 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。
  4. 增加新的聚合类和迭代器类都很方便,无须修改原有代码。
  5. 封装性良好,为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口。

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。

结构与实现

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。

模式的结构

迭代器模式主要包含以下角色。

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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 1 所示。

https://gitee.com/lienhui68/picStore/raw/master/null/20200826060021.png

此处关联方向画反了

模式的实现

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package com.eh.eden.pattern;


import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

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 {
    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;
    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;
    }
}
// 运行结果
聚合的内容有中山大学	华南理工	韶关学院	
First中山大学

应用实例

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public interface Collection<E> extends Iterable<E> {

public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {
    public Iterator<E> iterator() {
            return new Itr();
        }
		private class Itr implements Iterator<E> {
        /**
         * Index of element to be returned by subsequent call to next.
         */
        int cursor = 0;

        /**
         * Index of element returned by most recent call to next or
         * previous.  Reset to -1 if this element is deleted by a call
         * to remove.
         */
        int lastRet = -1;

        /**
         * The modCount value that the iterator believes that the backing
         * List should have.  If this expectation is violated, the iterator
         * has detected concurrent modification.
         */
        int expectedModCount = modCount;

        public boolean hasNext() {
            return cursor != size();
        }

        public E next() {
            checkForComodification();
            try {
                int i = cursor;
                E next = get(i);
                lastRet = i;
                cursor = i + 1;
                return next;
            } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
                checkForComodification();
                throw new NoSuchElementException();
            }
        }

        public void remove() {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();

            try {
                AbstractList.this.remove(lastRet);
                if (lastRet < cursor)
                    cursor--;
                lastRet = -1;
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }

        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

应用场景

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。

  1. 当需要为聚合对象提供多种遍历方式时。
  2. 当需要为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口时。
  3. 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。

模式扩展

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 4 所示。

https://gitee.com/lienhui68/picStore/raw/master/null/20200826060542.png