设计模型系列—迭代器模式

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。

模式定义

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。

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。

解决的问题

不同的方式来遍历整个整合对象。

模式组成

使用步骤

步骤1：定义抽象迭代器角色。迭代器角色负责定义访问和遍历元素的接口，一般包括3个方法，即访问下一个元素next()，元素是否已经访问到底部hasNext()，以及删除当前指向的元素remove()。

 
 
 
 
      
  
  
  
  1. interface Iterator { 
    2.   
  
  
  
  2.     Object first(); 
    3.   
  
  
  
  3.  
    4.   
  
  
  
  4.     Object next(); 
    5.   
  
  
  
  5.  
    6.   
  
  
  
  6.     boolean hasNext(); 
    7.   
  
  
  
  7. } 
    8.

步骤2：定义具体迭代器角色。

 
 
 
 
      
  
  
  
  1. class ConcreteIterator implements Iterator { 
    2.   
  
  
  
  2.     private List list = null;   
  
  
  
  3.     private int index = -1; 
    4.   
  
  
  
  4.  
    5.   
  
  
  
  5.     public ConcreteIterator(List list) {   
  
  
  
  6.         this.list = list; 
    7.   
  
  
  
  7.     } 
    8.   
  
  
  
  8.  
    9.   
  
  
  
  9.     public boolean hasNext() { 
    10.   
  
  
  
  10.         if (index < list.size() - 1) { 
    11.   
  
  
  
  11.             return true; 
    12.   
  
  
  
  12.         } else { 
    13.   
  
  
  
  13.             return false; 
    14.   
  
  
  
  14.         } 
    15.   
  
  
  
  15.     } 
    16.   
  
  
  
  16.  
    17.   
  
  
  
  17.     public Object first() { 
    18.   
  
  
  
  18.         index = 0; 
    19.   
  
  
  
  19.         Object obj = list.get(index); 
    20.   
  
  
  
  20.         ; 
    21.   
  
  
  
  21.         return obj; 
    22.   
  
  
  
  22.     } 
    23.   
  
  
  
  23.  
    24.   
  
  
  
  24.     public Object next() { 
    25.   
  
  
  
  25.         Object obj = null; 
    26.   
  
  
  
  26.         if (this.hasNext()) { 
    27.   
  
  
  
  27.             obj = list.get(++index); 
    28.   
  
  
  
  28.         } 
    29.   
  
  
  
  29.         return obj; 
    30.   
  
  
  
  30.     } 
    31.   
  
  
  
  31. } 
    32.  
 
 

    步骤3：定义抽象聚合角色。
     
 
 
 
        
  
  
  
    1. interface Aggregate { 
      2.   
  
  
  
    2.     public void add(Object obj); 
      3.   
  
  
  
    3.  
      4.   
  
  
  
    4.     public void remove(Object obj); 
      5.   
  
  
  
    5.  
      6.   
  
  
  
    6.     public Iterator getIterator(); 
      7.   
  
  
  
    7. } 
      8.  
 
 

    步骤4：定义具体聚合角色。
     
 
 
 
        
  
  
  
    1. class ConcreteAggregate implements Aggregate { 
      2.   
  
  
  
    2.     private List list = new ArrayList();   
  
  
  
    3.  
      4.   
  
  
  
    4.     public void add(Object obj) { 
      5.   
  
  
  
    5.         list.add(obj); 
      6.   
  
  
  
    6.     } 
      7.   
  
  
  
    7.  
      8.   
  
  
  
    8.     public void remove(Object obj) { 
      9.   
  
  
  
    9.         list.remove(obj); 
      10.   
  
  
  
    10.     } 
      11.   
  
  
  
    11.  
      12.   
  
  
  
    12.     public Iterator getIterator() { 
      13.   
  
  
  
    13.         return (new ConcreteIterator(list)); 
      14.   
  
  
  
    14.     } 
      15.   
  
  
  
    15. } 
      16.  
 
 

      步骤5：测试
       
 
 
 
          
  
  
  
      1. 聚合的内容有：北京 上海 深圳  
        2.   
  
  
  
      2. First：北京 
        3.  
 
 

      优点
      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。
      

      缺点
      增加了类的个数，这在一定程度上增加了系统的复杂性。
      应用场景
      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，其结构如下：
      源码中的应用
      Java 中的容器对象有很多，基本都涉及到迭代器，我们以 ArrayList 作为例子，剖析它是如何应用迭代器模式的。
      • Java集合框架：List, Set, Map 都支持迭代
      ArrayList 源码可以发现：
      • ArrayList 实现了 List 接口，使用 Object 数组存储元素;
      • 在 List 接口中定义了 iterator() 以及很多对操作集合的方法;
      • 在 ArrayList 中对 iterator() 进行了重写，并返回一个 Itr 对象;
      • Itr 是 ArrayList 的内部类，并且实现了 Iterator 接口。
      部分源码展示
      List接口
       
 
 
 
          
  
  
  
      1. public interface List extends Collection { 
        2.   
  
  
  
      2.  Iterator iterator(); 
        3.   
  
  
  
      3. } 
        4.  
 
 

      Iterator接口
       
 
 
 
          
  
  
  
      1. public interface Iterator { 
        2.   
  
  
  
      2.   
        3.   
  
  
  
      3.  boolean hasNext(); 
        4.   
  
  
  
      4.  E next(); 
        5.   
  
  
  
      5.  default void remove() { 
        6.   
  
  
  
      6.         throw new UnsupportedOperationException("remove"); 
        7.   
  
  
  
      7.     } 
        8.   
  
  
  
      8. } 
        9.  
 
 

      ArrayList类和Itr类
       
 
 
 
          
  
  
  
      1. public class ArrayList extends AbstractList 
        2.   
  
  
  
      2.         implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{ 
        3.   
  
  
  
      3.  public Iterator iterator() { 
        4.   
  
  
  
      4.         return new Itr(); 
        5.   
  
  
  
      5.     } 
        6.   
  
  
  
      6.  //Itr内部类 
        7.   
  
  
  
      7.  private class Itr implements Iterator { 
        8.   
  
  
  
      8.         int cursor;       // index of next element to return 
        9.   
  
  
  
      9.         int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such 
        10.   
  
  
  
      10.         int expectedModCount = modCount; 
        11.   
  
  
  
      11.         public boolean hasNext() { 
        12.   
  
  
  
      12.             return cursor != size; 
        13.   
  
  
  
      13.         } 
        14.   
  
  
  
      14.         @SuppressWarnings("unchecked") 
        15.   
  
  
  
      15.         public E next() { 
        16.   
  
  
  
      16.             checkForComodification(); 
        17.   
  
  
  
      17.             int i = cursor; 
        18.   
  
  
  
      18.             if (i >= size) 
        19.   
  
  
  
      19.                 throw new NoSuchElementException(); 
        20.   
  
  
  
      20.             Object[] elementData = ArrayList.this.elementData; 
        21.   
  
  
  
      21.             if (i >= elementData.length) 
        22.   
  
  
  
      22.                 throw new ConcurrentModificationException(); 
        23.   
  
  
  
      23.             cursor = i + 1; 
        24.   
  
  
  
      24.             return (E) elementData[lastRet = i]; 
        25.   
  
  
  
      25.         } 
        26.   
  
  
  
      26.         public void remove() { 
        27.   
  
  
  
      27.             if (lastRet < 0) 
        28.   
  
  
  
      28.                 throw new IllegalStateException(); 
        29.   
  
  
  
      29.             checkForComodification(); 
        30.   
  
  
  
      30.             try { 
        31.   
  
  
  
      31.                 ArrayList.this.remove(lastRet); 
        32.   
  
  
  
      32.                 cursor = lastRet; 
        33.   
  
  
  
      33.                 lastRet = -1; 
        34.   
  
  
  
      34.                 expectedModCount = modCount; 
        35.   
  
  
  
      35.             } catch (IndexOutOfBoundsException ex) { 
        36.   
  
  
  
      36.                 throw new ConcurrentModificationException(); 
        37.   
  
  
  
      37.             } 
        38.   
  
  
  
      38.         } 
        39.   
  
  
  
      39.         @Override 
        40.   
  
  
  
      40.         @SuppressWarnings("unchecked") 
        41.   
  
  
  
      41.         public void forEachRemaining(Consumer consumer) { 
        42.   
  
  
  
      42.             Objects.requireNonNull(consumer); 
        43.   
  
  
  
      43.             final int size = ArrayList.this.size; 
        44.   
  
  
  
      44.             int i = cursor; 
        45.   
  
  
  
      45.             if (i >= size) { 
        46.   
  
  
  
      46.                 return; 
        47.   
  
  
  
      47.             } 
        48.   
  
  
  
      48.             final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData; 
        49.   
  
  
  
      49.             if (i >= elementData.length) { 
        50.   
  
  
  
      50.                 throw new ConcurrentModificationException(); 
        51.   
  
  
  
      51.             } 
        52.   
  
  
  
      52.             while (i != size && modCount == expectedModCount) { 
        53.   
  
  
  
      53.                 consumer.accept((E) elementData[i++]); 
        54.   
  
  
  
      54.             } 
        55.   
  
  
  
      55.             // update once at end of iteration to reduce heap write traffic 
        56.   
  
  
  
      56.             cursor = i; 
        57.   
  
  
  
      57.             lastRet = i - 1; 
        58.   
  
  
  
      58.             checkForComodification(); 
        59.   
  
  
  
      59.         } 
        60.   
  
  
  
      60.         final void checkForComodification() { 
        61.   
  
  
  
      61.             if (modCount != expectedModCount) 
        62.   
  
  
  
      62.                 throw new ConcurrentModificationException(); 
        63.   
  
  
  
      63.         } 
        64.   
  
  
  
      64.     } 
        65.   
  
  
  
      65. } 
        66.  
 
 

      PS：以上代码提交在 Github ：
      https://github.com/Niuh-Study/niuh-designpatterns.git
                  
      
                本文标题：设计模型系列—迭代器模式
                
      
                本文链接：http://www.csdahua.cn/qtweb/news9/417059.html
            
      
            
      
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