迭代器的设计

迭代器的设计

对于一个编程语言来说，定制各种需要的数据结构是一项重要的能力，如果定制的手段非常精简，将会获得极大的开发效率提升，而构建的手段针对当前计算机底层很贴合，则可以有机会获得非常高的性能。
对于定制数据结构来说，最基础的一项操作就是，遍历所有内容，因为有了遍历，基本上就有了“读”的功能。
大家都知道，不同的数据结构无论是外在形态还是内部结构都相差甚远，有什么办法能提供一个统一的接口对内部所有数据进行便利呢？这就是所谓“迭代器”。
以C++为例，遍历一个vector：

#include  < iostream >
#include  < vector >

int  main( int  argc,  char   * argv[])
{
    std::vector < int >  a  =  { 1 ,  2 ,  3 };
     for  (std::vector < int > ::iterator iter  =  a.begin(); iter  !=  a.end();  ++ iter)
    {
        std::cout  <<   * iter  <<  std::endl;
    }
     return   0 ;
}

我们可以看到，它定义了一个新类型，叫std::vector<int>::iterator，这么个类型就是迭代器类型。从直觉上看他就是给访问数据提供个类似指针的接口而已，实际上这个迭代器变量还有另一个重要功能，就是“保存状态”，有了这个状态，才能知道下一次迭代能得到什么结果。
后来C++11标准出来后在语法方面进行了加强，淡化了保存状态这么个过程，写出的代码显得更加简洁：

#include  < iostream >
#include  < vector >

int  main( int  argc,  char   * argv[])
{
    std::vector < int >  a  =  { 1 ,  2 ,  3 };
     for  (auto iter : a)
    {
        std::cout  <<  iter  <<  std::endl;
    }
     return   0 ;
}

当然底层该有的操作是不会少的。

有了“保存状态”这个概念，实现编程语言的时候，就可以快速排除掉一些不靠谱的方案。
比如，不要迭代器而把状态保存在数据结构内部行不行？当然不行，考虑以下代码：

#include  < iostream >
#include  < vector >

int  main( int  argc,  char   * argv[])
{
    std::vector < int >  a  =  { 1 ,  2 ,  3 };
     for  (std::vector < int > ::iterator iter  =  a.begin(); iter  !=  a.end();  ++ iter)
    {
        std::cout  <<   * iter  <<   " :  " ;
         for  (std::vector < int > ::iterator iter2  =  a.begin(); iter2  !=  a.end();  ++ iter2)
        {
            std::cout  <<   * iter2  <<   "   " ;
        }
        std::cout  <<  std::endl;
    }
     return   0 ;
}

我们就知道，访问状态有时候是需要保存多份的，而对于引用类型的对象来说，状态要想在内部保存多份会更加复杂，还不如用显式的状态保存。
直接修改数据结构内部呢？比如用类似car和cdr循环赋值的方式进行遍历。这一样行不通，如果复制保存的引用类型真实数据，则代价太大，看不出引用类型的好处，而直接修改则会破坏数据本身，而数据可能之后还要使用。

以下Python作为例子如何创建一个可迭代的，Range对象：

class  Range:
     def   __init__ (self, low, high):
        self.cur  =  low
        self.high  =  high
        
     def   __iter__ (self):
         return  self

     def  next(self):
         if  self.cur  >=  self.high:
             raise  StopIteration
         else :
            v  =  self.cur
            self.cur  +=   1
             return  v

for  item  in  Range( 1 ,  3 ):
     print  item

创建对象的时候，执行了初始化方法和__iter__方法，在迭代的过程中则执行了和next方法，并且以StopIteration异常作为迭代结束的标志。