Iterator设计模式

目录

1、示例

1.1 Aggregate接口

1.2 Iterator接口

1.3 Book类

1.4 BookShelf类

1.6 BookShelfIterator 类

1.7 Main类

2、解释Iterator模式中的角色

2.1 Iterator模式的存在意义

2.2 抽象类和接口

2.3 Aggregate 和 Iterator的对应

2.4 容易弄错"下一个"

2.5 容易弄错"最后一个"

2.6 多个Iterator

2.7 多样的迭代器

2.8 不需要deleteIterator

3、相关设计模式

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Iterator模式用于在数据集合中按照顺序遍历集合，不需要知道集合对象的底层表示。

1、示例

将书（Book）放置在书架（BookShelf）中，并将书中的名字按顺序显示出来。

示例程序的类图：

类和接口的说明：

名字	说明
Aggregate	表示集合的接口
Iterator	遍历集合的接口
Book	表示书的类
BookShelf	表示书架的类
BookShelfIterator	遍历书架的类
Main	测试程序行为的类

1.1 Aggregate接口

Aggregate接口是所要遍历的集合的接口。实现了该接口的类将成为一个可以保存多个元素的集合，就像数组一样。Aggregate有“使聚集”“集合”的意思。

public interface Aggregate {
    public abstract Iterator iterator();
}

在Aggregate接口中声明的方法只有一个 -- Iterator方法。该方法会生成一个用于遍历集合的迭代器。

想要遍历集合中的元素时，可以调用Iterator方法来生成一个实现了Iterator接口的类的实例。

1.2 Iterator接口

Ite接口用于遍历集合中的元素，其作用相当于循环语句中的循环变量。定义方式有很多种，这里编写最简单的Iterator接口。

public interface Iterator {
    public abstract boolean hasNext(); //接口中的方法默认抽象，可去掉 abstract
    public abstract Object next();
}

这里我们声明了两个方法，即判断是否存在下-一个元素的hasNext方法，和获取下一个元素的next方法。hasNext方法的返回值是boolean类型的，其原因很容易理解。当集合中存在下一个元素时，该方法返回true;当集合中不存在下一个元素，即已经遍历至集合末尾时，该方法返回false。hasNext方法主要用于循环终止条件。

这里有必要说明一下next方法。该方法的返回类型是object,这表明该方法返回的是集合中的-一个元素。但是，next方法的作用并非仅仅如此。为了能够在下次调用nexxt方法时正确地返回下一个元素，该方法中还隐含着将迭代器移动至下一个元素的处理。说“隐含”，是因为Iterator接口只知道方法名。想要知道next方法中到底进行了什么样的处理，还需要看一下实现了Iterator接口的类( BookShelfIterator)。这样，我们才能看懂next方法的作用。

1.3 Book类

Book类是表示书的类。这个类的作用有限，可以做的事情只有一件 -- 通过 getName 方法获取书的名字。书的名字是在外部调用Book类的构造函数并初始化Book类时，作为参数传递给Book类的。

public class Book {
    private String name;

    public Book(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

1.4 BookShelf类

BookShelf类是表示书架的类。由于需要将该类作为集合进行处理，因此它实现了Aggregate接口。代码中的implements Aggregate 部分即表示这一点。此外，请注意在BookShelf类中还实现了Aggregate接口的iterator方法。

public class BookShelf implements Aggregate{
    private Book[] books;
    private int last = 0;

    public BookShelf(int maxsize) {
        this.books = new ArrayList<>(maxsize);
    }
    public Book getBookAt(int index) {
        return books[index];
    }
    public void appendBook(Book book) {
        this.books[last++] = book;
    }
    public int getLength() {
        return last;
    }
    @Override
    public Iterator iterator() {
        return new BookShelfIterator(this);
    }
}

这个书架中定义了books字段,它是Book类型的数组。该数组的大小(maxsize)在生成BookShelf的实例时就被指定了。之所以将books字段的可见性设置为private,是为了防止外部不小心改变了该字段的值。

接下来我们看看iterator方法。该方法会生成并返回BookShelfIterator类的实例作为BookShelf类对应的Iterator。当外部想要遍历书架时，就会调用这个方法。

1.6 BookShelfIterator 类

public class BookShelfIterator implements Iterator{
    private BookShelf bookshelf;
    private int index;

    public BookShelfIterator(BookShelf bookshelf) {
        this.bookshelf = bookshelf;
        this.index = 0;
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {
        if(index < bookshelf.getLength()) {
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    @Override
    public Object next() {
        return bookshelf.getBookAt(index++);
    }
}

因为BookShelfIterator类需要发挥Iterator的作用，所以它实现了Iterator接口。

bookShelf字段表示BookShelfIterator所要遍历的书架。index字段表示迭代器当前所指向的书的下标。

构造函数会将接收到的BookShelf的实例保存在bookShelf字段中,并将index初始化为0。hasNext方法是Iterator接口中所声明的方法。该方法将会判断书架中还有没有下一本书,如果有就返回true,如果没有就返回false。而要知道书架中有没有下一-本书，可以通过比较index和书架中书的总册数( bookShelf . getLength()的返回值)来判断。next方法会返回迭代器当前所指向的书( Book的实例)，并让迭代器指向下- -本书。它也是;Iterator接口中所声明的方法。next方法稍微有些复杂，它首先取出book变量作为返回值,然后让index指向后面一-本 书。如果与本章开头的for语句来对比，这里的“让index指向后面一本书”的处理相当于其中的i++,它让循环变量指向下一个元素。

1.7 Main类

使用Main类制作一个小书架。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        BookShelf bookShelf = new BookShelf(4);
        bookShelf.appendBook(new Book("Around the World in 80  Days"));
        bookShelf.appendBook(new Book("Bible"));
        bookShelf.appendBook(new Book("Cinderella"));
        bookShelf.appendBook(new Book("Daddy-Long-Legs"));
        Iterator it = bookShelf.iterator();

        while(it.hasNext()) {
            Book book = (Book) it.next();
            System.out.println(book.getName());
        }
    }
}

通过bookShelf.iterator()得到的it是用于遍历书架的Iterator实例。while 部分的条件当然就是it .hasNext()了。只要书架上有书，while循环就不会停止。然后，程序会通过it.next()一本一本地遍历书架中的书。

运行结果：

Around the World in 80  Days
Bible
Cinderella
Daddy-Long-Legs

进程已结束,退出代码0

2、解释Iterator模式中的角色

读完示例程序，让我们来看看Iterator模式中的登场角色。

• Iterator (迭代器)

• • 该角色负责定义按顺序逐个遍历元素的接口( API)。在示例程序中，由Iterator接口扮演这个角色，它定义了hasNext和next两个方法。其中，hasNext方法用于判断是否存在下一个元素，next方法则用于获取该元素。

• Concretelterator (具体的迭代器)

• • 该角色负责实现Iterator角色所定义的接口( API)。在示例程序中，由BookShelfIterator类扮演这个角色。该角色中包含了遍历集合所必需的信息。在示例程序中，BookShelf类的实例保存在bookShelf字段中，被指向的书的下标保存在index字段中。.

• Aggregate (集合)

• • 该角色负责定义创建Iterator角色的接口( API)。这个接口(API)是-一个方法，会创建出“按顺序访问保存在我内部元素的人”。在示例程序中，由Aggregate接口扮演这个角色，它里面定义了iterator方法。

• ConcreteAggregate (具体的集合)

• • 该角色负责实现Aggregate角色所定义的接口(API)。它会创建出具体的Iterator角色，即Concretelterator角色。在示例程序中，由BookShelf类扮演这个角色，它实现了iterator 方法。

Iterator模式的类图：

2.1 Iterator模式的存在意义

为什么一定要考虑引入Iterator这种复杂的设计模式呢?如果是数组，直接使用for循环语句进行遍历处理不就可以了吗?为什么要在集合之外引人Iterator这个角色呢?一个重要的理由是，引人Iterator后可以将遍历与实现分离开来。请看下面的代码。

while (it .hasNext()) {
	Book book = (Book) it.next() ;
	System. out . println (book . getName());
}

这里只使用了Iterator的hasNext方法和next方法，并没有调用BookShelf的方法。也就是说，这里的while循环并不依赖于BookShelf的实现。

如果编写BookShelf的开发人员决定放弃用数组来管理书本，而是用java. util. Vector取而代之，会怎样呢?不管BookShelf如何变化，只要BookShelf的iterator方法能正确地返回Iterator的实例(也就是说，返回的Iterator类的实例没有问题，hasNext和next方法都可以正常工作),即使不对上面的while循环做任何修改，代码都可以正常工作。

这对于BookShelf的调用者来说真是太方便了。设计模式的作用就是帮助我们编写可复用的类。所谓“可复用”，就是指将类实现为“组件”， 当一个组件发生改变时，不需要对其他的组件进行修改或是只需要很小的修改即可应对。这样也就能理解为什么在示例程序中iterator方法的返回值不是BookShelfIterator类型而是Iterator类型了(代码清单1-6)。这表明，这段程序就是要使用Iterator的方法进行编程，而不是BookShelfIterator的方法。

2.2 抽象类和接口

难以理解抽象类和接口的人常常使用ConcreteAggregate角色和ConcreteIterator角色编程，而

不使用Aggregate接口和Iterator接口，他们总想用具体的类来解决所有的问题。

但是如果只使用具体的类来解决问题，很容易导致类之间的强耦合，这些类也难以作为组件被

再次利用。为了弱化类之间的耦合，进而使得类更加容易作为组件被再次利用，我们需要引入抽象

类和接口。

“不要只使用具体类来编程，要优先使用抽象类和接口来编程”需印在脑海中。

2.3 Aggregate 和 Iterator的对应

仔细回忆一下我们是如何把BookShelfIterator类定义为BookShelf类的ConcretelIterator角色的。BookShelfIterator 类知道BookShelf是如何实现的。也正是因为如此，我们才能调用用来获取下一本书的getBookAt方法。

也就是说，如果BookShelf的实现发生了改变，即getBookAt方法这个接口( API)发生变化时，我们必须修改BookShelfIterator类。正如Aggregate和Iterator这两个接口是对应的一样，ConcreteIterator这两个类也是对应的。

2.4 容易弄错"下一个"

在Iterator模式的实现中，很容易在next方法上出错。该方法的返回值到底是应该指向当前元素还是当前元素的下一个元素呢?更详细地讲，next方法的名字应该是下面这样的。

return CurrentElementAndAdvanceToNextPosition

也就是说，next方法是“返回当前的元素，并指向下一个元素”。

2.5 容易弄错"最后一个"

在Iterator模式中，不仅容易弄错“下一个”，还容易弄错“最后一个”。 hasNext方法在返回最后一个元素前会返回true，当返回了最后一个元素后则返回false。稍不注意，就会无法正确地返回“最后一个”元素。

请大家将hasNext方法理解成“确认接下来是否可以调用next方法”的方法就可以了。

2.6 多个Iterator

“将遍历功能置于Aggregate角色之外”是Iterator模式的一个特征。根据这个特征，可以针对一个ConcreteAggregate角色编写多个ConcreteIterator角色。

2.7 多样的迭代器

在示例程序中展示的Iterator类只是很简单地从前向后遍历集合。其实，遍历的方法是多种多样的。

• 从最后开始向前遍历
• 既可以从前向后遍历，也可以从后向前遍历(既有next方法也有previous方法)
• 指定下标进行“跳跃式”遍历

学到这里，相信大家应该可以根据需求编写出各种各样的Iterator类了。

2.8 不需要deleteIterator

在Java中,没有被使用的对象实例将会自动被删除(垃圾回收, GC)。因此，在iterator中不需要与其对应的deleteIterator方法。

3、相关设计模式

• Visitor 模式

• • Iterator模式是从集合中-一个-一个取出元素进行遍历，但是并没有在Iterator接口中声明对取出的元素进行何种处理。

• • Visitor模式则是在遍历元素集合的过程中，对元素进行相同的处理。在遍历集合的过程中对元素进行固定的处理是常有的需求。Visitor 模式正是为了应对这种需求而出现的。在访问元素集合的过程中对元素进行相同的处理，这种模式就是Visitor模式。

• Composite模式

• • Composite模式是具有递归结构的模式，在其中使用Iterator 模式比较困难。

• Factory Method模式

• • 在iterator方法中生成Iterator的实例时可能会使用Factory Method模式。