迭代器模式-Iterator Pattern
目录
模式的定义与特点
模式的结构与实现
模式的应用实例
模式的应用场景
模式的扩展
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，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”。
在软件开发中，我们经常需要使用聚合对象来存储一系列数据。聚合对象拥有两个职责：一 是存储数据；二是遍历数据。从依赖性来看，前者是聚合对象的基本职责；而后者既是可变 化的，又是可分离的。因此，可以将遍历数据的行为从聚合对象中分离出来，封装在一个被 称之为“迭代器”的对象中，由迭代器来提供遍历聚合对象内部数据的行为，这将简化聚合对象 的设计，更符合“单一职责原则”的要求。
“迭代器模式”，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。
模式的定义与特点
迭代器（Iterator）模式的定义：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，其主要优点如下。
- (它支持以不同的方式遍历一个聚合对象，在同一个聚合对象上可以定义多种遍历方 式。在迭代器模式中只需要用一个不同的迭代器来替换原有迭代器即可改变遍历算法， 我们也可以自己定义迭代器的子类以支持新的遍历方式。
- 迭代器简化了聚合类。由于引入了迭代器，在原有的聚合对象中不需要再自行提供数据遍 历等方法，这样可以简化聚合类的设计。
- 在迭代器模式中，由于引入了抽象层，增加新的聚合类和迭代器类都很方便，无须修改原 有代码，满足“开闭原则”的要求。
其主要缺点是：
(1) 由于迭代器模式将存储数据和遍历数据的职责分离，增加新的聚合类需要对应增加新的迭 代器类，类的个数成对增加，这在一定程度上增加了系统的复杂性。
(2) 抽象迭代器的设计难度较大，需要充分考虑到系统将来的扩展，例如JDK内置迭代器 Iterator就无法实现逆向遍历，如果需要实现逆向遍历，只能通过其子类ListIterator等来实现， 而ListIterator迭代器无法用于操作Set类型的聚合对象。在自定义迭代器时，创建一个考虑全面 的抽象迭代器并不是件很容易的事情。
模式的结构与实现
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。现在我们来分析其基本结构与实现方法。
1. 模式的结构
迭代器模式主要包含以下角色。
- 抽象聚合（Aggregate）角色：定义存储、添加、删除聚合对象以及创建迭代器对象的接口。
- 具体聚合（ConcreteAggregate）角色：实现抽象聚合类，返回一个具体迭代器的实例。
- 抽象迭代器（Iterator）角色：定义访问和遍历聚合元素的接口，通常包含 hasNext()、first()、next() 等方法。
- 具体迭代器（Concretelterator）角色：实现抽象迭代器接口中所定义的方法，完成对聚合对象的遍历，记录遍历的当前位置。
其结构图如图 1 所示。
图1 迭代器模式的结构图
2. 模式的实现
迭代器模式的实现代码如下：
package iterator;
import java.util.*;
public class IteratorPattern
{
public static void main(String[] args)
{
Aggregate ag=new ConcreteAggregate();
ag.add("中山大学");
ag.add("华南理工");
ag.add("韶关学院");
System.out.print("聚合的内容有：");
Iterator it=ag.getIterator();
while(it.hasNext())
{
Object ob=it.next();
System.out.print(ob.toString()+"\t");
}
Object ob=it.first();
System.out.println("\nFirst："+ob.toString());
}
}
//抽象聚合
interface Aggregate
{
public void add(Object obj);
public void remove(Object obj);
public Iterator getIterator();
}
//具体聚合
class ConcreteAggregate implements Aggregate
{
private List
程序运行结果如下：
聚合的内容有：中山大学 华南理工 韶关学院
First：中山大学模式的应用实例
用迭代器模式编写一个浏览婺源旅游风景图的程序。
分析：婺源的名胜古迹较多，要设计一个查看相关景点图片和简介的程序，用“迭代器模式”设计比较合适。
首先，设计一个婺源景点（WyViewSpot）类来保存每张图片的名称与简介；再设计一个景点集（ViewSpotSet）接口，它是抽象聚合类，提供了增加和删除婺源景点的方法，以及获取迭代器的方法。
然后，定义一个婺源景点集（WyViewSpotSet）类，它是具体聚合类，用 ArrayList 来保存所有景点信息，并实现父类中的抽象方法；再定义婺源景点的抽象迭代器（ViewSpotltemtor）接口，其中包含了查看景点信息的相关方法。
最后，定义婺源景点的具体迭代器（WyViewSpotlterator）类，它实现了父类的抽象方法；客户端程序设计成窗口程序，它初始化婺源景点集（ViewSpotSet）中的数据，并实现 ActionListener 接口，它通过婺源景点迭代器（ViewSpotlterator）来査看婺源景点（WyViewSpot）的信息。图 2 所示是其结构图。
图2 婺源旅游风景图浏览程序的结构图
程序代码如下：
package iterator;
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.util.ArrayList;
import javax.swing.*;
public class PictureIterator{
public static void main(String[] args)
{
new PictureFrame();
}
}
//相框类
class PictureFrame extends JFrame implements ActionListener
{
private static final long serialVersionUID=1L;
ViewSpotSet ag; //婺源景点集接口
ViewSpotIterator it; //婺源景点迭代器接口
WyViewSpot ob; //婺源景点类
PictureFrame()
{
super("中国最美乡村“婺源”的部分风景图");
this.setResizable(false);
ag=new WyViewSpotSet();
ag.add(new WyViewSpot("江湾","江湾景区是婺源的一个国家5A级旅游景区，景区内有萧江宗祠、永思街、滕家老屋、婺源人家、乡贤园、百工坊等一大批古建筑，精美绝伦，做工精细。"));
ag.add(new WyViewSpot("李坑","李坑村是一个以李姓聚居为主的古村落，是国家4A级旅游景区，其建筑风格独特，是著名的徽派建筑，给人一种安静、祥和的感觉。"));
ag.add(new WyViewSpot("思溪延村","思溪延村位于婺源县思口镇境内，始建于南宋庆元五年（1199年），当时建村者俞氏以（鱼）思清溪水而名。"));
ag.add(new WyViewSpot("晓起村","晓起有“中国茶文化第一村”与“国家级生态示范村”之美誉，村屋多为清代建筑，风格各具特色，村中小巷均铺青石，曲曲折折，回环如棋局。"));
ag.add(new WyViewSpot("菊径村","菊径村形状为山环水绕型，小河成大半圆型，绕村庄将近一周，四周为高山环绕，符合中国的八卦“后山前水”设计，当地人称“脸盆村”。"));
ag.add(new WyViewSpot("篁岭","篁岭是著名的“晒秋”文化起源地，也是一座距今近六百历史的徽州古村；篁岭属典型山居村落，民居围绕水口呈扇形梯状错落排布。"));
ag.add(new WyViewSpot("彩虹桥","彩虹桥是婺源颇有特色的带顶的桥——廊桥，其不仅造型优美，而且它可在雨天里供行人歇脚，其名取自唐诗“两水夹明镜，双桥落彩虹”。"));
ag.add(new WyViewSpot("卧龙谷","卧龙谷是国家4A级旅游区，这里飞泉瀑流泄银吐玉、彩池幽潭碧绿清新、山峰岩石挺拔奇巧，活脱脱一幅天然泼墨山水画。"));
it = ag.getIterator(); //获取婺源景点迭代器
ob = it.first();
this.showPicture(ob.getName(),ob.getIntroduce());
}
//显示图片
void showPicture(String Name,String Introduce)
{
Container cp=this.getContentPane();
JPanel picturePanel=new JPanel();
JPanel controlPanel=new JPanel();
String FileName="src/iterator/Picture/"+Name+".jpg";
JLabel lb=new JLabel(Name,new ImageIcon(FileName),JLabel.CENTER);
JTextArea ta=new JTextArea(Introduce);
lb.setHorizontalTextPosition(JLabel.CENTER);
lb.setVerticalTextPosition(JLabel.TOP);
lb.setFont(new Font("宋体",Font.BOLD,20));
ta.setLineWrap(true);
ta.setEditable(false);
//ta.setBackground(Color.orange);
picturePanel.setLayout(new BorderLayout(5,5));
picturePanel.add("Center",lb);
picturePanel.add("South",ta);
JButton first, last, next, previous;
first=new JButton("第一张");
next=new JButton("下一张");
previous=new JButton("上一张");
last=new JButton("最末张");
first.addActionListener(this);
next.addActionListener(this);
previous.addActionListener(this);
last.addActionListener(this);
controlPanel.add(first);
controlPanel.add(next);
controlPanel.add(previous);
controlPanel.add(last);
cp.add("Center",picturePanel);
cp.add("South",controlPanel);
this.setSize(630, 550);
this.setVisible(true);
this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
}
@Override
public void actionPerformed(ActionEvent arg0)
{
String command=arg0.getActionCommand();
if(command.equals("第一张"))
{
ob=it.first();
this.showPicture(ob.getName(),ob.getIntroduce());
}
else if(command.equals("下一张"))
{
ob=it.next();
this.showPicture(ob.getName(),ob.getIntroduce());
}
else if(command.equals("上一张"))
{
ob=it.previous();
this.showPicture(ob.getName(),ob.getIntroduce());
}
else if(command.equals("最末张"))
{
ob=it.last();
this.showPicture(ob.getName(),ob.getIntroduce());
}
}
}
//婺源景点类
class WyViewSpot
{
private String Name;
private String Introduce;
WyViewSpot(String Name,String Introduce)
{
this.Name=Name;
this.Introduce=Introduce;
}
public String getName()
{
return Name;
}
public String getIntroduce()
{
return Introduce;
}
}
//抽象聚合：婺源景点集接口
interface ViewSpotSet
{
void add(WyViewSpot obj);
void remove(WyViewSpot obj);
ViewSpotIterator getIterator();
}
//具体聚合：婺源景点集
class WyViewSpotSet implements ViewSpotSet
{
private ArrayList list=new ArrayList();
public void add(WyViewSpot obj)
{
list.add(obj);
}
public void remove(WyViewSpot obj)
{
list.remove(obj);
}
public ViewSpotIterator getIterator()
{
return(new WyViewSpotIterator(list));
}
}
//抽象迭代器：婺源景点迭代器接口
interface ViewSpotIterator
{
boolean hasNext();
WyViewSpot first();
WyViewSpot next();
WyViewSpot previous();
WyViewSpot last();
}
//具体迭代器：婺源景点迭代器
class WyViewSpotIterator implements ViewSpotIterator
{
private ArrayList list=null;
private int index=-1;
WyViewSpot obj=null;
public WyViewSpotIterator(ArrayList list)
{
this.list=list;
}
public boolean hasNext()
{
if(index0)
{
obj=list.get(--index);
}
return obj;
}
public WyViewSpot last()
{
index=list.size()-1;
obj=list.get(index);
return obj;
}
} 程序运行结果如图 3 所示。
模式的应用场景
前面介绍了关于迭代器模式的结构与特点，下面介绍其应用场景，迭代器模式通常在以下几种情况使用。
- 当需要为聚合对象提供多种遍历方式时。
- 当需要为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口时。
- 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，其结构图如图 4 所示。
图4 组合迭代器模式的结构图