设计模式1. Iterator模式
源码地址https://github.com/sadgeminids/IteratorLearning
设计模式目的：
为一个集合类提供遍历元素的功能，并且不暴露过多类的内部细节给使用者，尽量降低类编写者和使用者的耦合。
用通俗一点的话描述就是：想要对A遍历，A会给你一个B，然后B会告诉你怎么去遍历A。
UML图（扒自 图解设计模式）：
模式核心概述：
1.接口Aggregate，实现该接口的类可遍历。接口最核心的方法是返回一个Iterator对象，该对象负责真正的遍历工作
2.需要遍历的集合类实现接口Aggregate
3.接口Iterator，提供遍历对象所需的接口
4.实现Iterator接口的类，针对具体的集合类完成遍历逻辑
再举个例子：有一个班（集合类），里面有很多学生（集合类里的元素）。老师想要遍历这个班所有对学生点名，但是他不知道怎么去遍历。这时候这个班给了老师一个点名手册（实现接口Iterator的类），然后老师就可以根据这个学生手册上记录的名字（Iterator提供的方法）去遍历学生。
这个例子中A就是班级，B是学生名单手册。
代码实现：
理解了设计模式核心，怎么去实现代码呢？不同的语言可能具体接口提供函数不太一样，但核心思想是一致的。这里用C＃来实现，所以Iterator提供的接口可能会与上面的XML类图有一定出入。
1.接口Aggregate（IEnumerable）
很多语言标准库都提供了该接口，不用我们再单独去实现。比如C#中，这个接口叫IEnumerable，只要继承了这个接口，就表示你的类是可遍历的。
using UnityEngine;
using System.Collections;
// Please ignore box and unbox, this is just an example
public class Collectionable : IEnumerable{
private int[] m_iArray1 = new int[3]{1, 2, 3};
private int[] m_iArray2 = new int[3]{4, 5, 6};
}
2.实现继承IEnumerable接口里的方法
IEnumerable接口方法只有一个 －－ public IEnumerator GetEnumerator()。这个IEnumerator又是什么东西呢？看看.Net库里的代码：
namespace System.Collections
{
[ComVisible (true), Guid ("496B0ABF-CDEE-11D3-88E8-00902754C43A")]
public interface IEnumerator
{
//
// Properties
//
object Current
{
get;
}
//
// Methods
//
bool MoveNext ();
void Reset ();
}
}里面有2个接口和1个属性。Reset暂且不说，意思很明显。另外两个Current和MoveNext恰好就是我们遍历一个对象关键所在。其实看名字也能知道，我们遍历一个对象是不是刚好需要能够取当前值，并且移动到下一个？
看来要想遍历Collectionable类，必须还得再实现一个继承IEnumerator的类了：
public class CollectionEnumrator : IEnumerator{
private Collectionable m_collection;
private int m_index = -1;
public CollectionEnumrator(Collectionable collection){
m_collection = collection;
}
public System.Object Current{
get {
if(m_index < m_collection.m_iArray1.Length)
return m_collection.m_iArray1[m_index];
else if (m_index < m_collection.m_iArray1.Length + m_collection.m_iArray2.Length)
return m_collection.m_iArray2[m_index - m_collection.m_iArray1.Length];
else
return null;
}
}
public bool MoveNext(){
m_index += 1;
return m_index < m_collection.m_iArray1.Length + m_collection.m_iArray2.Length;
}
public void Reset(){
}
}有了CollectionEnumrator对象，我们就可以实现public IEnumerator GetEnumerator()函数了：
public class Collectionable : IEnumerable{
private int[] m_iArray1 = new int[3]{1, 2, 3};
private int[] m_iArray2 = new int[3]{4, 5, 6};
public IEnumerator GetEnumerator(){
return new CollectionEnumrator (this);
}
｝
如何保持集合类内部数据的私有性：
上面代码可以了吗？当然不可以，因为这样是编译不过去的！
CollectionEnumrator 类保存了一个遍历对象Collectionable，要遍历对象必然也要访问对象。然而最大的问题是Collectionable的内部数据是private的！
可不可以把数据修改成public？可以，但是数据公开会暴露太多细节，这是类提供者不想看到的。而且公开了内部数据结构，何必再提供一个遍历对象呢，直接让使用者自己去访问就可以了，是不是？
Iterator设计模式出现本身就是为了解决类提供者和使用者耦合太强的问题，不想让暴露太多数据细节。可是我们要怎么解决无法访问private数据的问题呢？
很简答，把CollectionEnumrator放入Collectionable中，让它成为一个内部类就解决所有问题了：
using System.Collections;
// Please ignore box and unbox, this is just an example
public class Collectionable : IEnumerable{
private int[] m_iArray1 = new int[3]{1, 2, 3};
private int[] m_iArray2 = new int[3]{4, 5, 6};
public IEnumerator GetEnumerator(){
return new CollectionEnumrator (this);
}
public class CollectionEnumrator : IEnumerator{
private Collectionable m_collection;
private int m_index = -1;
public CollectionEnumrator(Collectionable collection){
m_collection = collection;
}
public System.Object Current{
get {
if(m_index < m_collection.m_iArray1.Length)
return m_collection.m_iArray1[m_index];
else if (m_index < m_collection.m_iArray1.Length + m_collection.m_iArray2.Length)
return m_collection.m_iArray2[m_index - m_collection.m_iArray1.Length];
else
return null;
}
}
public bool MoveNext(){
m_index += 1;
return m_index < m_collection.m_iArray1.Length + m_collection.m_iArray2.Length;
}
public void Reset(){
}
}
}这样我们现在就实现来一个可遍历的集合类。
如何去遍历：
有个集合类，有了遍历类，怎么去调用接口遍历对象呢？
using System;
using System.Collections;
public class CollectionClient {
static void Main(string[] args) {
Collectionable collectAble = new Collectionable ();
IEnumerator iterator = collectAble.GetEnumerator ();
while (iterator.MoveNext()) {
Debug.LogError(iterator.Current);
}
｝
｝先从集合类中取出IEnumerator对象，然后用MoveNext方法判断是否仍然有值，如果有可以用Current取出当前值。
感觉好像很麻烦啊，一点都不智能，能不能更简洁去调用这些接口呢？
当然，可以！为什么C#会设计这么一个接口，并且需要去实现这样几个方法呢，仅仅是为了规范吗？
当然，不是。C#会这么设计接口，是因为内部对于这种实现方式，提供了更为快捷的调用机制。
大名鼎鼎foreach：
C#本身提供给我们一个关键字foreach，能够快捷实现遍历。先看如何使用foreach：
using System;
using System.Collections;
public class CollectionClient {
static void Main(string[] args) {
Collectionable collectAble = new Collectionable ();
foreach (int ele in collectAble)
Debug.LogError (ele);
｝
｝对比上一种调用方式，代码简洁、方便了许多，一行代码就能搞定。而且foreach还能配合类型自动识别，更加方便：
foreach (var ele in collectAble)
Debug.LogError (ele);
延伸思考1之集合类必须继承IEnumerable吗？
从上面可以代码依稀可见，实现遍历的核心是IEnumerator对象，而IEnumerable所要做的仅仅只是去返回这么一个对象。那能不能不继承IEnumerable，绕过去，我们直接让集合类继承IEnumerator？试一试：
public class Collectiontor : IEnumerator {
private int[] m_iArray1 = new int[3]{1, 2, 3};
private int[] m_iArray2 = new int[3]{4, 5, 6};
private int m_index = -1;
public System.Object Current{
get {
if(m_index < m_iArray1.Length)
return m_iArray1[m_index];
else if (m_index < m_iArray1.Length + m_iArray2.Length)
return m_iArray2[m_index - m_iArray1.Length];
else
return null;
}
}
public bool MoveNext(){
m_index += 1;
return m_index < m_iArray1.Length + m_iArray2.Length;
}
public void Reset(){
}
}有个编译错误：error CS1579: foreach statement cannot operate on variables of type `Collectiontor' because it does not contain a definition for `GetEnumerator' or is not accessible
大意就是说foreach不能作用在一个不包含 `GetEnumerator'方法的类型对象上面。我们把这个方法也实现一个：
public IEnumerator GetEnumerator(){
return this;
}再用foreach调用，发现结果跟之前方式对比，一摸一样。调用方式也一样。我们是不是可以干掉 IEnumerable，感觉没什么卵用啊，直接让集合类继承IEnumerator效果没区别啊，还能省掉一个类的实现呢！
这里就要涉及到设计原则了，通常一个类只应该有一个职责，单一的职责使得类结构更清晰。同时，将遍历的职责拆分出来，单独实现，也在一定程度上使得对于集合类本身的修改不会影响遍历类。更重要的是，修改遍历类的实现不会触及到集合类的修改。比如我们可以实现从前往后，从后往前，各种各样的遍历类。每一个遍历方式灵活替换，不会触碰到原始的集合类任何代码。
延伸思考2之foreach到底做了什么？
上一个思考中出现的编译错误，已经在某种程度上提示我们，foreach是在内部涉及到 GetEnumerator 、Current 、MoveNext等方法了？
反编译一下代码看看（这两张图是在公司截的，所以类名有所不同，但是实现代码几乎一致，反编译的IL代码也是一样的）：
红框里都是关键信息：
1.实例化集合类对象；
2.调用了GetEnumerator（）方法；
3.调用get_current（）方法，这个就是Current属性的get方法
4.调用MoveNext（）方法，移动到下一个值
这就是C#本身对常用代码的优化，为我们提供了便捷的调用方式。
延伸思考3之每个自定义继承IEnumerable的集合类，都必须实现一个对应的IEnumerator吗？
是的。每个自定义的集合类实现方式都不同，没有一种通用的Iterator可以适用于每一个集合类。不过，一般而言，集合类的编写者都会提供对应的Iterator实现类，所以使用者无需关注太多实现细节。
不仅是C#中提供的List，Dictionary等集合类实现了Iterator设计模式。C++中也有，只是名字不一样，就叫迭代器（iterator）。
#include
#include
using namespace std;
int main() {
vector ivec;
ivec.push_back(1);
ivec.push_back(2);
ivec.push_back(3);
ivec.push_back(4);
for(vector::iterator iter = ivec.begin();1. iter != ivec.end(); ++iter)
cout << *iter << endl;
} c++中的迭代器也是根据每种类型都有单独对应的实现，确保跟集合类型契合。
延伸思考4之到底要不要用foreach？
foreach这么简单，那是不是可以肆无忌惮使用？
就如我一开始在代码中注释所言，这篇博客的代码是没有去关心装箱（box）和拆箱（unbox）的。仔细查看IEnumerator的方法，Current的返回类型是system.object，这是一个引用类型。可是我们集合类中的元素是值类型。
上面的IL截图中，也可以看到明确的 box int32 和 unbox.any int32。 装箱和拆箱肯定是有效率损耗的，所以，在性能无比珍贵的场景（比如手机游戏）中慎用foreach，至少引起装箱拆箱的要注意。如果，不考虑任何性能，怎么方便怎么来吧。