设计模式学习笔记--迭代器模式

一.简介

今天学习一下设计模式中的迭代器模式，迭代器模式是一种非常非常常用的设计模式，以至于太有用了，C#，Java都将其作为内置实现，C++也提供了STL的迭代器，我们每天都在用，却反倒感觉迭代器模式没那么重要了。毕竟我们自己实现的迭代器还是比不上语言原生提供的实现，但是为了学习，我们还是要看一下迭代器模式的实现，只有了解了原理，才能更好地使用。

我们很多时候都是在处理一组对象，相对的，我们就需要相应的管理容器类来存储对象，.我们需要Add，Remove等方法，但是我们还需要相应的方法来访问容器内的对象。比如获得首个对象First，尾部对象End，下一个对象Next等等方法。如果我们把这些方法都放在容器内实现的话，容器的职责就过重了，而且迭代的方式有所不同，比如我们需要从前向后迭代或者从后向前迭代，我们就可以直接通过更换迭代器来达到不同的效果。通过将迭代部分的内容抽离，我们就可以获得更加灵活的对象访问形式。

下面我们来看一下迭代器模式的定义以及UML类图：

迭代器模式(Iterator Pattern)：提供一种方法来访问聚合对象，而不用暴露这个对象的内部表示，其别名为游标(Cursor)。迭代器模式是一种对象行为型模式。

分析一下UML图，我们的容器类就相当于Aggregate，提供一些抽象的容器方法，抽象迭代器类定义了一些迭代方法，比如获得首尾元素，下个元素，当前元素等等，但是具体的迭代方式是通过ConcreteIterator实现的。具体容器类ConcreteAggregate类作为迭代器工厂，可以创建一个本容器对应的迭代器。

二.迭代器模式的例子

我们直接看一下迭代器模式的例子：

// Design Pattern.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <map>
using namespace std;


//迭代器基类
class Iterator
{
public:
	//迭代器向后指向一个
	virtual void Next() = 0;
	//迭代器指向首元素
	virtual void Begin() = 0;
	//迭代器是否指向容器末尾
	virtual bool IsEnd() = 0;
	//返回当前迭代器所指元素
	virtual string GetCurrent() = 0;
};

//容器基类
class VecterBase
{
public:
	//添加元素
	virtual void Add(string elem) = 0;
	//获得当前元素
	virtual string Get(int index) = 0;
	//获得容器当前容量
	virtual int Count() = 0;
	//迭代器工厂
	virtual Iterator* CreateIterator() = 0;

};

//具体迭代器类
class ConcreteIterator : public Iterator
{
private:
	int m_currentIndex;
	VecterBase* m_vec;
public:
	ConcreteIterator(VecterBase* vec)
		:m_vec(vec)
		,m_currentIndex(0)
	{
	
	}

	virtual void Next() override
	{
		m_currentIndex++;
	}

	virtual void Begin()
	{
		m_currentIndex = 0;
	}
	
	virtual bool IsEnd()
	{
		return m_currentIndex >= m_vec->Count();
	}

	virtual string GetCurrent()
	{
		return m_vec->Get(m_currentIndex);
	}
};

//具体容器类
class ConcreteVector : public VecterBase
{
private:
	vector<string> stringvec;
public:
	void Add(string elem)
	{
		stringvec.push_back(elem);
	}

	string Get(int index)
	{
		return stringvec[index];
	}

	int Count()
	{
		return stringvec.size();
	}

	Iterator* CreateIterator()
	{
		return new ConcreteIterator(this);
	}
};

int _tmain(int argc, TCHAR* argv[])
{
	VecterBase* vec = new ConcreteVector();
	vec->Add("张三");
	vec->Add("李四");
	vec->Add("王二麻子");

	Iterator* it = vec->CreateIterator();
	for (it->Begin(); !it->IsEnd(); it->Next())
	{
		cout << it->GetCurrent() << endl;
	}

	//是不是很像STL里面的迭代器呢？
	/*for (std::vector<string>::iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it)
	{
	cout << (*it) << endl;
	}*/

	system("pause");
	
	return 0;
}

结果：

张三
李四
王二麻子
请按任意键继续. . .

我们简单来看一下迭代器，我这里写了一段STL的迭代器代码作为对比，我们的迭代器用法与STL的基本相同。首先创建一个迭代器，初值为容器首元素位置，然后进行迭代，直到到达尾元素为止。每次迭代向后移动一个元素。

三.迭代器模式的总结

最后，我们来看一下迭代器模式的优点，缺点以及使用时机：

优点：

1）迭代器简化了容器类，实现了单一职责原则。将遍历和存储功能分离，不论是新增容器类型还是新增迭代器都符合开放-封闭原则。

2）可以提供多种迭代方式，比如新增一个从后向前迭代的迭代器等。

缺点：

1）迭代器的设计比较难，很难抽象出一套比较完整的迭代器基类。

2）迭代器使系统类个数增加，一定程度上难以理解。

使用时机：

1）访问一个聚合对象的内容而无须暴露它的内部表示。将聚合对象的访问与内部数据的存储分离，使得访问聚合对象时无须了解其内部实现细节。
2)   需要为一个聚合对象提供多种遍历方式。
3)   为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口，在该接口的实现类中为不同的聚合结构提供不同的遍历方式，而客户端可以一致性地操作该接口。

最后，顺带提一句，迭代器模式太有用了，以至于语言或者基础库都提供了完整的迭代器实现，反倒这个模式我们自己实现的意义不大了....