Windows环境下JDK内置迭代器的简介

我是荔园微风，作为一名在IT界整整25年的老兵，今天讨论一下Windows环境下JDK内置迭代器。

为了让开发人员能够更加方便地操作聚合对象，在Java、C#等编程语言中都提供了内置迭代器。在Java集合框架中，常用的List和Set等聚合类都继承（或实现）了java.util.Collection接口，在Collection接口中声明了如下方法： 

package java.util;
 
public interface Collection extends Iterable {
    ……
    boolean add(Object c);
    boolean addAll(Collection c);
    boolean remove(Object o);
    boolean removeAll(Collection c);
    boolean remainAll(Collection c); 
    Iterator iterator();
    ……
}

除了包含一些增加元素和删除元素的方法外，还提供了一个iterator()方法，用于返回一个Iterator迭代器对象，以便遍历聚合中的元素；具体的Java聚合类可以通过实现该iterator()方法返回一个具体的Iterator对象。JDK中定义了抽象迭代器接口Iterator，代码如下所示：

package java.util;
 
public interface Iterator {
    boolean hasNext();
    E next();
    void remove();
}

其中，hasNext()用于判断聚合对象中是否还存在下一个元素，为了不抛出异常，在每次调用next()之前需先调用hasNext()，如果有可供访问的元素，则返回true；next()方法用于将游标移至下一个元素，通过它可以逐个访问聚合中的元素，它返回游标所越过的那个元素的引用；remove()方法用于删除上次调用next()时所返回的元素。

Java迭代器工作原理如图所示，在第一个next()方法被调用时，迭代器游标由“元素1”与“元素2”之间移至“元素2”与“元素3”之间，跨越了“元素2”，因此next()方法将返回对“元素2”的引用；在第二个next()方法被调用时，迭代器由“元素2”与“元素3”之间移至“元素3”和“元素4”之间，next()方法将返回对“元素3”的引用，如果此时调用remove()方法，即可将“元素3”删除。

 

如下代码片段可用于删除聚合对象中的第一个元素：

Iterator iterator = collection.iterator();   //collection是已实例化的聚合对象
iterator.next();	 	// 跳过第一个元素
iterator.remove(); 	// 删除第一个元素

需要注意的是，在这里，next()方法与remove()方法的调用是相互关联的。如果调用remove()之前，没有先对next()进行调用，那么将会抛出一个IllegalStateException异常，因为没有任何可供删除的元素。

如下代码片段可用于删除两个相邻的元素：

iterator.remove();
iterator.next();  //如果删除此行代码程序将抛异常
iterator.remove();  

在上面的代码片段中如果将代码iterator.next();去掉则程序运行抛异常，因为第二次删除时将找不到可供删除的元素。

在JDK中，Collection接口和Iterator接口充当了迭代器模式的抽象层，分别对应于抽象聚合类和抽象迭代器，而Collection接口的子类充当了具体聚合类，下面以List为例加以说明，图6列出了JDK中部分与List有关的类及它们之间的关系：
 

在JDK中，实际情况比图6要复杂很多，在图6中，List接口除了继承Collection接口的iterator()方法外，还增加了新的工厂方法listIterator()，专门用于创建ListIterator类型的迭代器，在List的子类LinkedList中实现了该方法，可用于创建具体的ListIterator子类ListItr的对象，代码如下所示：
 

public ListIterator listIterator(int index) {
    return new ListItr(index);
}

 listIterator()方法用于返回具体迭代器ListItr类型的对象。在JDK源码中，AbstractList中的iterator()方法调用了listIterator()方法，如下代码所示：

public Iterator iterator() {
    return listIterator();
}

 客户端通过调用LinkedList类的iterator()方法，即可得到一个专门用于遍历LinkedList的迭代器对象。

      大家可能会问？既然有了iterator()方法，为什么还要提供一个listIterator()方法呢？这两个方法的功能不会存在重复吗？干嘛要多此一举？

      这是一个好问题，。我给大家简单解释一下为什么要这样设计：由于在Iterator接口中定义的方法太少，只有三个，通过这三个方法只能实现正向遍历，而有时候我们需要对一个聚合对象进行逆向遍历等操作，因此在JDK的ListIterator接口中声明了用于逆向遍历的hasPrevious()和previous()等方法，如果客户端需要调用这两个方法来实现逆向遍历，就不能再使用iterator()方法来创建迭代器了，因为此时创建的迭代器对象是不具有这两个方法的。我们只能通过如下代码来创建ListIterator类型的迭代器对象：

    ListIterator i = c.listIterator();

  正因为如此，在JDK的List接口中不得不增加对listIterator()方法的声明，该方法可以返回一个ListIterator类型的迭代器，ListIterator迭代器具有更加强大的功能。

在Java语言中，我们可以直接使用JDK内置的迭代器来遍历聚合对象中的元素，下面的代码演示了如何使用Java内置的迭代器：

import java.util.*;
 
class IteratorDemo {
   public static void process(Collection c) {
   	  	Iterator i = c.iterator(); //创建迭代器对象
		
        //通过迭代器遍历聚合对象
		while(i.hasNext()) {
			System.out.println(i.next().toString());
		}
   }
 
	public static void main(String args[]) {
	    Collection persons;
persons = new ArrayList(); //创建一个ArrayList类型的聚合对象
		persons.add("张无忌");
		persons.add("小龙女");
		persons.add("令狐冲");
		persons.add("韦小宝");
		persons.add("袁紫衣");
		persons.add("小龙女");
		
		process(persons);
	}
}

   在静态方法process()中使用迭代器Iterator对Collection对象进行处理，该代码运行结果如下：

张无忌

小龙女

令狐冲

韦小宝

袁紫衣

小龙女

       如果需要更换聚合类型，如将List改成Set，则只需更换具体聚合类类名，如将上述代码中的ArrayList改为HashSet，则输出结果如下：

令狐冲

张无忌

韦小宝

小龙女

袁紫衣

       在HashSet中合并了重复元素，并且元素以随机次序输出，其结果与使用ArrayList不相同。由此可见，通过使用迭代器模式，使得更换具体聚合类变得非常方便，而且还可以根据需要增加新的聚合类，新的聚合类只需要实现Collection接口，无须修改原有类库代码，符合“开闭原则”。
 

各位小伙伴，这次我们就说到这里，下次我们再深入研究windows环境下的各类设计模式实现。

作者简介：荔园微风，1981年生，高级工程师，浙大工学硕士，软件工程项目主管，做过程序员、软件设计师、系统架构师，早期的Windows程序员，Visual Studio忠实用户，C/C++使用者，是一位在计算机界学习、拼搏、奋斗了25年的老将，经历了UNIX时代、桌面WIN32时代、Web应用时代、云计算时代、手机安卓时代、大数据时代、ICT时代、AI深度学习时代、智能机器时代，我不知道未来还会有什么时代，只记得这一路走来，充满着艰辛与收获，愿同大家一起走下去，充满希望的走下去。