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迭代器模式（Iterator Pattern）详解

1. 定义

迭代器模式是一种行为型设计模式，用于提供一种顺序访问集合对象元素的方法，而不暴露集合的内部表示。通过迭代器模式，用户可以独立于集合的实现来遍历集合。

通俗解释：
迭代器就像一份菜单上的翻页工具，它不关心菜单的内容是如何存储的，只负责让顾客按顺序查看菜单上的菜品。

2. 使用场景

使用场景

描述

需要顺序访问集合中的元素

集合的内部结构可能复杂，但需要对其元素进行简单遍历。

屏蔽集合内部实现细节

用户不关心集合是数组、链表还是其他数据结构，只关注遍历功能。

统一不同集合的遍历方式

对不同集合提供统一的遍历接口，提升代码的通用性和灵活性。

3. 迭代器模式的优缺点

特性

优点

缺点

封装性

用户无需了解集合的内部结构。

为每种集合类型实现迭代器类可能会增加代码量。

灵活性

可以轻松替换集合实现，不影响遍历逻辑。

对于特别大的集合，迭代器可能带来额外的内存开销。

统一接口

使遍历操作对用户透明。

单一责任原则冲突：迭代器承担遍历和状态管理职责。

4. 迭代器模式的组成

  1. 迭代器接口
    定义访问和遍历集合元素的方法（如 First、Next、IsDone、CurrentItem）。
  2. 具体迭代器
    实现迭代器接口，维护遍历的状态（如当前索引）。
  3. 集合接口
    定义一个方法，返回迭代器对象。
  4. 具体集合
    实现集合接口，返回具体迭代器实例。

5. 使用案例

示例描述：

一个音乐播放应用中，有“播放列表”，它可以包含不同类型的集合（如数组、链表）。迭代器模式可用于统一遍历这些集合，不论内部结构如何。

C++ 示例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;

// 迭代器接口
template <typename T>
class Iterator {
public:
    virtual ~Iterator() {}
    virtual T next() = 0;       // 返回下一个元素
    virtual bool hasNext() = 0; // 是否还有更多元素
};

// 具体迭代器
template <typename T>
class PlaylistIterator : public Iterator<T> {
    vector<T>& playlist;
    size_t index = 0;
public:
    PlaylistIterator(vector<T>& playlist) : playlist(playlist) {}

    T next() override {
        return playlist[index++];
    }

    bool hasNext() override {
        return index < playlist.size();
    }
};

// 集合接口
template <typename T>
class Aggregate {
public:
    virtual ~Aggregate() {}
    virtual Iterator<T>* createIterator() = 0; // 创建迭代器
};

// 具体集合
template <typename T>
class Playlist : public Aggregate<T> {
    vector<T> songs;
public:
    void addSong(const T& song) {
        songs.push_back(song);
    }

    Iterator<T>* createIterator() override {
        return new PlaylistIterator<T>(songs);
    }
};

// 客户端代码
int main() {
    Playlist<string> playlist;
    playlist.addSong("Song A");
    playlist.addSong("Song B");
    playlist.addSong("Song C");

    Iterator<string>* iterator = playlist.createIterator();
    while (iterator->hasNext()) {
        cout << "Playing: " << iterator->next() << endl;
    }

    delete iterator;
    return 0;
}

C# 示例

using System;
using System.Collections.Generic;

// 迭代器接口
public interface IIterator<T> {
    T Next();          // 返回下一个元素
    bool HasNext();    // 是否还有更多元素
}

// 具体迭代器
public class PlaylistIterator<T> : IIterator<T> {
    private readonly List<T> _playlist;
    private int _index = 0;

    public PlaylistIterator(List<T> playlist) {
        _playlist = playlist;
    }

    public T Next() {
        return _playlist[_index++];
    }

    public bool HasNext() {
        return _index < _playlist.Count;
    }
}

// 集合接口
public interface IAggregate<T> {
    IIterator<T> CreateIterator(); // 创建迭代器
}

// 具体集合
public class Playlist<T> : IAggregate<T> {
    private readonly List<T> _songs = new();

    public void AddSong(T song) {
        _songs.Add(song);
    }

    public IIterator<T> CreateIterator() {
        return new PlaylistIterator<T>(_songs);
    }
}

// 客户端代码
class Program {
    static void Main() {
        Playlist<string> playlist = new();
        playlist.AddSong("Song A");
        playlist.AddSong("Song B");
        playlist.AddSong("Song C");

        IIterator<string> iterator = playlist.CreateIterator();
        while (iterator.HasNext()) {
            Console.WriteLine("Playing: " + iterator.Next());
        }
    }
}

迭代器模式的类图




迭代器模式_c++


6. 迭代器模式与其他模式对比

特性

迭代器模式

组合模式

核心作用

提供顺序访问集合的方式

组织对象成树状结构以表现整体-部分关系

封装性

封装集合内部结构

封装整体和部分的操作

使用场景

对集合进行遍历

处理树状结构（如文件系统）

是否依赖集合结构

不依赖具体集合结构，支持多种集合类型

通常依赖于树状集合结构

总结

  • 适用场景： 当需要以一致的方式遍历不同类型集合时，可以使用迭代器模式。
  • 优点： 分离集合的遍历逻辑和集合的实现，增强灵活性。
  • 注意事项： 对于性能敏感的场景，需注意迭代器的内存开销。