一、引言
迭代器模式（Iterator Pattern）是一种行为型设计模式，提供了一种方法来顺序访问一个集合对象中的各个元素，而又不暴露该对象的内部结构。通过使用迭代器，客户可以以统一的方式遍历不同的数据集合，无需了解集合的内部实现。
二、使用场景
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多个集合操作：当需要在不同的集合类型上实现相同的操作时，迭代器模式使得代码的重用变得更加简单。
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封装集合结构：需要对集合的实现（如排序、存储格式等）进行封装时，迭代器可以帮助操作集合时无需直接暴露集合的内部结构。
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支持多种遍历：使用迭代器模式可以灵活地实现多种遍历方式，例如前向遍历、反向遍历等，增加可扩展性。
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处理变化的数据结构：当定义一种数据结构，用户只有在使用的情况下才知道具体的实现形式（例如链表、数组等）时，迭代器模式可以帮助处理这些不同形式的数据结构。
三、模式分类
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单一迭代器：通常设计为对同一个集合对象提供同步的迭代功能。
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多重迭代器：允许在一个集合上有多个遍历者，每个遍历者独立地维护他们的状态。
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不同集合的公共迭代器：对不同的数据集合实现统一的遍历接口，如同一个容器接口内的不同集合的迭代器。
四、优缺点
优点
- 清晰的设计：将集合的遍历行为与集合内容的具体表示分开，改善了代码清晰度。
- 支持多样化遍历：可以很容易地演变各种形式的遍历以及在某些特定条件下的中断。
- 符合开闭原则：可以在不修改原有代码的情况下增加新的集合或新的迭代器。
缺点
- 增加代码复杂性：需要引入迭代器类，可能会导致系统的类层次变复杂，尤其是操作多个集合或多种遍历时。
- 内存开销：迭代器模式在特定情况下可能会花费额外内存，尤其是在大规模集合和多迭代器实例存在的情况下。
- 难以实现复杂的导航：对于嵌套的或复杂的集合结构，创建迭代器可能会变得繁重和难以实现。
五、代码示例
以下是迭代器模式的C++实现示例。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
// 迭代器接口
template <typename T>
class Iterator {
public:
virtual ~Iterator() = default;
virtual bool hasNext() = 0; // 判断是否有下一个元素
virtual T next() = 0; // 获取下一个元素
};
// 聚合接口
template <typename T>
class Aggregate {
public:
virtual std::shared_ptr<Iterator<T>> createIterator() = 0; // 创建迭代器的方法
};
// 具体聚合类
template <typename T>
class ConcreteAggregate : public Aggregate<T> {
private:
std::vector<T> items; // 存储具体的元素
public:
ConcreteAggregate(const std::initializer_list<T>& list) : items(list) {}
// 创建具体迭代器
std::shared_ptr<Iterator<T>> createIterator() override {
return std::make_shared<ConcreteIterator<T>>(this);
}
// 获取元素
T get(int index) {
return items.at(index);
}
// 获取元素数量
int count() const {
return items.size();
}
};
// 具体迭代器类
template <typename T>
class ConcreteIterator : public Iterator<T> {
private:
ConcreteAggregate<T>* aggregate; // 回调的聚合
int currentIndex;
public:
ConcreteIterator(ConcreteAggregate<T>* aggregate)
: aggregate(aggregate), currentIndex(0) {}
bool hasNext() override {
return currentIndex < aggregate->count(); // 判断是否还有下一个元素
}
T next() override {
return aggregate->get(currentIndex++); // 返回下一个元素并递增索引
}
};
int main() {
// 创建并初始化聚合
ConcreteAggregate<std::string> fruits{"Apple", "Banana", "Cherry"};
// 获取迭代器
auto iterator = fruits.createIterator();
// 遍历集合
while (iterator->hasNext()) {
std::cout << iterator->next() << std::endl; // 打印元素
}
return 0;
}代码解析
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Iterator 接口：定义了一组标准的操作，如判断是否有下一个元素
hasNext()和获取下一个元素next()。 -
Aggregate 接口：定义了一个方法来创建迭代器，具体的集合类必须实现这个方法。
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ConcreteAggregate 类：具体的聚合实现，持有集合内元素，并实现获取元素和创建迭代器的方法。
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ConcreteIterator 类：具体迭代器实现，维护对聚合对象的引用和当前索引，管理聚合中元素的遍历逻辑。
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main() 函数：创建一个水果的聚合对象，通过迭代器遍历所有水果并输出其名称。
六、模式总结
迭代器模式是一种优秀的设计模式，用于统一和简化对不同集合的遍历，支持灵活的访问和操作。它保持了集合类的封装性，使得用户可以通过标准接口访问元素，而不需要知道集合的内部实现。尽管迭代器模式在设计时可能略显复杂，但在涉及多个不同集和复杂遍历需求的场景中，其优势显著。掌握迭代器模式的使用，有助于提高代码的可读性、可维护性和灵活性。
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