迭代器模式

1.迭代器模式动机及定义

1.1模式动机

        聚合对象用于存储多个对象，在软件开发中应用广泛，为了更加方便地操作聚合对象，在很多编程语言中都提供了迭代器（Iterator）,迭代器本身也是一个对象，它的工作就是遍历并获取聚合中的对象，而程序员不必关心该聚合的内部结构。

        一个聚合对象，如一个列表（List）或者一个集合（Set），应该提供一种方法来让别人可以访问它的元素，而又不需要暴露它的内部结构，如同电视遥控器，我们可以通过使用它来方便地切换频道，但是不需要知道这些频道在电视机中的存储方式。此外，针对不同的需要，可能还要以不同的方式遍历整个聚合对象，但是我们并不希望在聚合对象的抽象层接口中充斥着各种不同遍历的操作。怎样遍历一个聚合对象，又不需要了解聚合对象的内部结构，还能够提供多种不同的遍历方式，这就是迭代器模式所要解决的问题。

        在迭代器模式中，提供一个外部的迭代器来对聚合对象进行访问和遍历，迭代器定义了一个访问该聚合元素的接口，并且可以跟踪当前遍历的元素，了解哪些元素已经遍历过而哪些没有。有了迭代器模式，我们会发现当对一个复杂的聚合对象的操作会变得如此简单。

        如果将电视机看成一个频道的集合，那么迭代器对应于电视机遥控器，可以使用遥控器对电视频道进行操作，如返回上一个频道、跳转到下一个频道或者转向指定的频道。使用遥控器可以方便人们对电视频道进行操作，而且不需要关心这些频道如何存储在电视机中。在这里，电视机对应于聚合对象，而遥控器对应于迭代器。

1.2模式定义

        迭代器模式（Iterator Pattern）定义：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。

        英文定义：“Provide a way to access the elements of an aggregate object sequentially without exposing its underlying representation.”

2.迭代器模式结构与分析

2.1模式结构

 

图1 迭代器模式结构图

迭代器模式包含如下角色。

1.Iterator（抽象迭代器）

        抽象迭代器定义了访问和遍历元素的接口，一般声明如下方法：用于获取第一个元素的first（），用于访问下一个元素的next（），用于判断是否还有下一个元素的hasNext（），用于获取当前元素的currentItem（），在其子类中实现这些方法。

2.ConcreteIterator（具体迭代器类）

        具体迭代器实现了抽象迭代器接口，完成对聚合对象对遍历，同时在对象聚合进行遍历时跟踪其当前位置.

3.Aggregate（抽象聚合类）

        抽象聚合类用于存储对象，并定义创建相应迭代器对象的接口，声明一个createIterator()方法用于创建一个迭代器对象。

4.ConcreteAggregate（具体聚合类）

        具体聚合类实现了创建相应迭代器的接口，实现了在聚合类中声明的createIterator()方法，该方法返回一个与该具体聚合对应的具体迭代器ConcreteIterator实例。

2.2模式分析

        根据“单一职责原则”，在面向对象设计时，对象承担的职武越少,则该对象的稳定性就越好，受到的约束也就越少，复用也就越方便。职责分离可以最大限度地减少彼此之间的耦合程度，从而建立一个松散耦合的对象网络职责分离的要点是对被分离的职责进行封装，并以抽象的方式建立起彼此之间的关系。

        以聚合对象为例，聚合是一个管理和组织数据对象的数据结构。这就表明聚合首先应具备一个基本功能，即存储数据，这其中包含存储数据的类型、存储空间的大小、存储空间的分配,以及存储的方式和顺序。如果不具备这些特点，则该对象就不能称为聚合对象。也就是说,存储数据是聚合对象最基本的职责。然而，聚合对象除了能够存储数据外，还必须提供遍历访问其内部数据的方式，同时这些遍历方式可能会根据不同的情形提供不同的实现，如正向遍历或逆向遍历等。因此,聚合对象主要拥有两个职责：一是存储内部数据；二是遍历内部数据。但是前者是聚合对象的基本功能，而后者是可以分离的。因此，我们将遍历聚合对象中数据的行为提取出来，封装到一个达代器中，通过专门的迭代器来遍历聚合对象的内部数据，这就是迭代器模式的本质。迭代器模式是“单一职责原则”的完美体现。

3.迭代器模式实例与解析

        题目：某商品管理系统的商品名称存储在一个字符串数组中，现需要自定义一个双向迭代器(MyIterator)实现对该商品名称数组的双向（前向和后向）遍历。绘制类图并编程实现（设计方案必须符合DIP）

3.1实例类图

 

3.2实例代码及解释

1.抽象迭代器类MyIteratord（抽象迭代器类）

public interface MyIterator {void setChannel(int i);void next();void previous();Object currentChannel();boolean isFirst();boolean isLast();}

        MyIterator作为抽象迭代器类，在其中声明了迭代器所具有的方法，包括指针的移动方法与对象的获取方法，以实现对集合对象的遍历。

2.抽象聚合类Store（商店类）

public interface Store {MyIterator createIterator();}

        该类是抽象聚合类，可以将商品看成一个商店的集合，在商店类中声明了用于创建商店对象的createIterator（）方法。

3.具体聚合类WDStore（万达商店类）

package Iterator_pattren;public class WDStore implements Store{private Object[] obj = {"电脑","手机","平板","键盘","耳机"};public MyIterator createIterator() {return new WDIterator();}private class WDIterator implements MyIterator{private int currentIndex = 0;@Overridepublic void setChannel(int i) {currentIndex = i;}@Overridepublic void next() {if (currentIndex < obj.length){currentIndex++;}}@Overridepublic void previous() {if (currentIndex > 0){currentIndex--;}}@Overridepublic Object currentChannel() {return obj[currentIndex];}@Overridepublic boolean isFirst() {return currentIndex == 0;}public boolean isLast() {return currentIndex == obj.length;}}}

        WDStore是具体聚合类，在WDStore中定义了一个数组用于存储电视频道，具体迭代器类WDIterator作为WDStore的内部类，在WDIterator中实现了在抽象迭代器中声明的用于遍历聚合对象的方法，而WDStore作为抽象聚合类的子类实现了在抽象聚合类中声明的方法createIterator（），用于返回一个具体迭代器对象。

3.3辅助代码

客户端测试类Client如下：

import factor_method_pattern.XMLUtil;public class Client {public static void show(WDStore store){MyIterator i = store.createIterator();System.out.println("商品遍历：");while (!i.isLast()){System.out.println(i.currentChannel().toString());i.next();}}public static void reverseShow(WDStore store){MyIterator i =store.createIterator();i.setChannel(5);System.out.println("逆序商品遍历：");while (!i.isFirst()){i.previous();System.out.println(i.currentChannel().toString());}}public static void main(String[] args) {WDStore store;store = (WDStore) XMLUtil.getBean();show(store);System.out.println("---------------------");reverseShow(store);}}

Config.xml代码：

<?xml version="1.0"  ?><config ><className>Iterator_pattren.WDStore</className></config>

3.4结果

4.迭代器模式效果与应用

4.1 迭代器模式的优点

        (1）它支持以不同的方式遍历一个聚合对象。对于复杂的聚合对象可用多种方法来进行遍历，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，也可以自己定义迭代器的子类以支持新的遍历方式。

        (2）迭代器简化了聚合类。因为引入了迭代器，在原有的聚合对象中不需要再自行提供遍历等数据操作方法，这样可以简化聚合类等设计。

        (3）在同一个聚合上可以有多个遍历。由于每个迭代器都保持自己都遍历状态，因此可以同时对一个聚合对象进行多个遍历操作。

        (4)在迭代器模式中，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。

4.2迭代器模式的缺点

        (1）由于迭代器模式将存储数据和遍历数据的职责分离，增加了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。

4.3模式适用环境

在以下情况可以使用迭代器模式。

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。当需要扩展聚合结构或者给聚合结构增加新的遍历方式时可以使用迭代器模式，它提供了聚合结构和迭代器的抽象定义。