灏天阁

迭代器模式：让数据遍历更加简单

· Yin灏

设计模式是指在软件开发中，反复出现的问题的解决方案。它们是被广泛接受并经过实践证明的最佳实践，可以用于解决常见的软件开发问题。设计模式可以帮助开发人员更快速、更高效地开发出高质量的软件，同时也能提高软件的可维护性和可扩展性。

迭代器模式是设计模式中的一种，它主要解决的是遍历集合类的问题。在软件开发中，经常需要对集合类进行遍历，以便访问其中的元素。但是，传统的遍历方式往往不够灵活，而且不同的集合类的遍历方式也不尽相同，这给开发人员带来了很多麻烦。

迭代器模式的出现，就是为了解决这些问题。它通过提供一个统一的接口，使得开发人员可以用相同的方式遍历不同类型的集合类，从而简化了代码的编写和维护。

设计模式基础知识

设计模式是一种通用的解决方案，它可以帮助开发人员解决软件开发中反复出现的问题。设计模式是经过多年实践证明的最佳实践，是软件开发中不可或缺的一部分。

设计模式的目的是提供一种标准化的解决方案，使得开发人员能够更快速、更高效地开发出高质量的软件。设计模式的优点主要体现在以下几个方面：

  1. 重用性：设计模式可以被反复使用，可以在不同的项目中应用，从而提高代码的重用性。
  2. 灵活性：设计模式可以提供灵活的解决方案，使得软件开发人员可以根据实际需求来定制方案，从而满足不同的业务需求。
  3. 可扩展性：设计模式可以提供可扩展的解决方案，使得软件开发人员可以在不改变现有代码的情况下，扩展软件的功能。
  4. 可维护性：设计模式可以提供清晰的代码结构，使得代码易于维护和修改，从而降低了软件维护成本。

设计模式可以分为三类，分别是创建型模式、结构型模式和行为型模式。

  1. 创建型模式：创建型模式主要解决对象的创建问题，包括单例模式、工厂模式、抽象工厂模式、建造者模式和原型模式。
  2. 结构型模式：结构型模式主要解决对象的组合问题，包括适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式和享元模式。
  3. 行为型模式：行为型模式主要解决对象之间的交互问题，包括策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代器模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式和中介者模式。

理解迭代器模式

迭代器模式是一种行为型设计模式，它提供一种访问聚合对象中各个元素的方法，而不需要暴露聚合对象的内部结构。迭代器模式使得可以访问一个聚合对象的所有元素，而又不需要暴露该聚合对象的内部表示。

在迭代器模式中，聚合对象可以是一个集合、列表或者数组等等，而迭代器对象则用于访问该聚合对象中的各个元素。

组成成分

迭代器模式的结构包括以下几个角色：

  1. 迭代器（Iterator）：定义访问和遍历聚合对象中各个元素的接口。
  2. 具体迭代器（ConcreteIterator）：实现迭代器接口，用于遍历和访问聚合对象中的元素。
  3. 聚合对象（Aggregate）：定义创建迭代器对象的接口，同时也可以定义访问和遍历聚合对象中各个元素的接口。
  4. 具体聚合对象（ConcreteAggregate）：实现聚合对象接口，创建迭代器对象，同时也可以实现访问和遍历聚合对象中各个元素的接口。

迭代器模式的工作原理如下：

  1. 创建具体聚合对象，并向其添加元素。
  2. 创建具体迭代器对象，同时将聚合对象传递给迭代器对象。
  3. 通过迭代器对象访问和遍历聚合对象中的各个元素。
  4. 在迭代器对象中定义遍历聚合对象中元素的方法，可以是顺序遍历、倒序遍历或者随机访问等等。

迭代器模式的优点在于可以提供一种标准的遍历方法，而且可以避免暴露聚合对象的内部结构。同时，迭代器模式也可以实现对聚合对象的多种遍历方式，从而提高了聚合对象的灵活性和可扩展性。

经典类图

image.png

代码实现

一个生活中的例子是超市购物车。超市购物车可以被看作是聚合对象，其中包含了多个商品（元素）。当我们要遍历购物车中的商品时，可以使用迭代器模式。

具体实现方式可以是，在购物车对象中实现一个创建迭代器对象的接口，用于返回一个具体迭代器对象。迭代器对象可以定义一个指针，指向当前遍历的元素，同时实现访问和遍历元素的方法，例如 next() 方法可以返回下一个元素，hasNext() 方法可以判断是否还有下一个元素。

通过使用迭代器模式，我们可以方便地遍历购物车中的商品，而不需要关心购物车内部的结构，也不需要对购物车进行直接修改或暴露其内部元素。这提高了购物车的安全性和灵活性，同时也提高了代码的可扩展性和可维护性。

首先，我们需要定义一个抽象的迭代器接口，包含 hasNext() 和 next() 方法：

public interface Iterator<T> {
    boolean hasNext();
    T next();
}

接着，我们需要定义一个聚合对象接口，包含创建迭代器对象的方法 createIterator()：

public interface Aggregate<T> {
    Iterator<T> createIterator();
}

然后，我们可以实现具体的聚合对象类，在该类中实现 createIterator() 方法，返回具体的迭代器对象：

public class ShoppingCart implements Aggregate<String> {
    private List<String> items;

    public ShoppingCart() {
        items = new ArrayList<>();
    }

    public void addItem(String item) {
        items.add(item);
    }

    @Override
    public Iterator<String> createIterator() {
        return new ShoppingCartIterator(items);
    }

    private class ShoppingCartIterator implements Iterator<String> {
        private int currentIndex = 0;

        private final List<String> items;

        public ShoppingCartIterator(List<String> items) {
            this.items = items;
        }

        @Override
        public boolean hasNext() {
            return currentIndex < items.size();
        }

        @Override
        public String next() {
            if (!hasNext()) {
                throw new NoSuchElementException("No more items to iterate");
            }
            return items.get(currentIndex++);
        }
    }
}

在上述代码中，我们定义了一个 ShoppingCart 类，用于表示购物车。该类实现了 Aggregate 接口，并且在 createIterator() 方法中返回了一个具体的迭代器对象 ShoppingCartIterator。

在 ShoppingCartIterator 中，我们定义了一个指针 currentIndex，它用于指向当前遍历的元素。在 hasNext() 方法中，我们检查 currentIndex 是否小于 items 集合的大小，如果是，说明还有元素可以遍历；否则，说明已经遍历完了，返回 false。

在 next() 方法中，我们先检查是否还有下一个元素，如果没有，我们抛出一个 NoSuchElementException 异常。否则，我们返回 currentIndex 所指向的元素，并且将 currentIndex 加 1，指向下一个元素。

最后，我们可以使用迭代器来遍历购物车中的商品：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ShoppingCart shoppingCart = new ShoppingCart();
        shoppingCart.addItem("Apple");
        shoppingCart.addItem("Banana");
        shoppingCart.addItem("Orange");

        Iterator<String> iterator = shoppingCart.createIterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String item = iterator.next();
            System.out.println(item);
        }
    }
}

在上述代码中，我们创建了一个 ShoppingCart 对象，并向其中添加了三个商品。接着，我们通过 createIterator() 方法获取了一个迭代器对象，并通过 while 循环遍历购物车中的商品。在循环中，我们通过 next() 方法获取了下一个商品，并将其打印出来。

通过上述代码示例，我们实现了迭代器模式的基本功能，使得我们可以方便地遍历聚合对象的元素，而不需要直接访问其内部实现。这提高了代码的灵活性和可维护性，使得我们可以更加专注于业务逻辑的实现。

在上述代码实现中，我们使用了内部类 ShoppingCartIterator，这是一种常见的迭代器实现方式。通过将迭代器对象定义为聚合对象的内部类，可以方便地访问聚合对象的内部状态，从而实现更加灵活和高效的迭代器。

同时，我们也注意到，在实现迭代器模式时，需要遵循一定的接口规范，即 Iterator 和 Aggregate 接口。这可以使得不同的聚合对象和迭代器对象可以相互替换，从而提高代码的可复用性和可维护性。

在使用迭代器模式时，我们可以通过不同的迭代器对象来实现不同的遍历方式，比如正序、倒序、随机等等。这样可以方便地适应不同的业务需求，并且避免了直接操作聚合对象的实现细节，提高了代码的封装性和安全性。

最后，值得一提的是，迭代器模式是一种非常常用的设计模式，广泛应用于各种编程语言和框架中。在 Java 中，迭代器模式被广泛应用于集合框架中，比如 ArrayList、LinkedList、HashSet、TreeSet 等等，这些类都实现了 Iterable 接口，提供了迭代器对象来遍历集合中的元素。因此，掌握迭代器模式对于 Java 程序员来说非常重要，可以帮助我们更加熟练地使用集合框架，并且提高代码的质量和效率。

- Book Lists -