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设计模型系列—迭代器模式

作者公众号:一角钱技术(org_yijiaoqian)

前言

  • 持续更新中 ……

23种设计模式快速记忆的请看上面第一篇,本篇和大家一起来学习 迭代器 模式 相关内容。

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,如“数据结构”中的链表遍历,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”。

既然将遍历方法封装在聚合类中不可取,那么聚合类中不提供遍历方法,将遍历方法由用户自己实现是否可行呢?答案是同样不可取,因为这种方式会存在两个缺点:

  1. 暴露了聚合类的内部表示,使其数据不安全;
  2. 增加了客户的负担。

迭代器模式 ”能较好地克服以上缺点,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。

解决的问题

不同的方式来遍历整个整合对象。

模式组成

使用步骤

步骤1 :定义抽象迭代器角色。迭代器角色负责定义访问和遍历元素的接口,一般包括3个方法,即访问下一个元素next(),元素是否已经访问到底部hasNext(),以及删除当前指向的元素remove()。

 interface  Iterator  {
     Object  first();

    Object next();

     boolean  hasNext();
}
  

步骤2 :定义具体迭代器角色。

 class ConcreteIterator  implements  Iterator {
     private  List<Object> list = null;
    private int index = -1;

    public ConcreteIterator(List<Object> list) {
        this.list = list;
    }

    public boolean hasNext() {
        if (index < list.size() - 1) {
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    public Object first() {
        index = 0;
        Object obj = list.get(index);
        ;
        return obj;
    }

    public Object next() {
        Object obj = null;
        if (this.hasNext()) {
            obj = list.get(++index);
        }
        return obj;
    }
}
  

步骤3 :定义抽象聚合角色。

 interface Aggregate {
    public  void  add(Object obj);

    public void remove(Object obj);

    public Iterator getIterator();
}
  

步骤4 :定义具体聚合角色。

 class ConcreteAggregate implements Aggregate {
    private List<Object> list = new ArrayList<Object>();

    public void add(Object obj) {
        list.add(obj);
    }

    public void remove(Object obj) {
        list.remove(obj);
    }

    public Iterator getIterator() {
        return (new ConcreteIterator(list));
    }
}
  

步骤5 :测试

 聚合的内容有:北京 上海 深圳 
First:北京
  

优点

  1. 访问一个聚合对象的内容而无须暴露它的内部表示。
  2. 遍历任务交由迭代器完成,这简化了聚合类。
  3. 它支持以不同方式遍历一个聚合,甚至可以自定义迭代器的子类以支持新的遍历。
  4. 增加新的聚合类和迭代器类都很方便,无须修改原有代码。
  5. 封装性良好,为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口。

缺点

增加了类的个数,这在一定程度上增加了系统的复杂性。

应用场景

  1. 当需要为聚合对象提供多种遍历方式时。
  2. 当需要为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口时。
  3. 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,其结构如下:

源码中的应用

Java 中的容器对象有很多,基本都涉及到迭代器,我们以 ArrayList 作为例子,剖析它是如何应用迭代器模式的。

Java集合框架:List, Set, Map 都支持迭代

ArrayList 源码可以发现:

  • ArrayList 实现了 List 接口,使用 Object 数组存储元素;
  • 在 List 接口中定义了 iterator() 以及很多对操作集合的方法;
  • 在 ArrayList 中对 iterator() 进行了重写,并返回一个 Itr 对象;
  • Itr 是 ArrayList 的内部类,并且实现了 Iterator 接口。

部分源码展示

List接口

 public interface List<E> extends Collection<E> {
 Iterator<E> iterator();
}
  

Iterator接口

 public interface Iterator<E> {
 
 boolean hasNext();
 E next();
 default void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException("remove");
    }
}
  

ArrayList类和Itr类

 public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{
 public Iterator<E> iterator() {
        return new Itr();
    }
 //Itr内部类
 private class Itr implements Iterator<E> {
        int cursor;       // index of next element to return
        int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
        int expectedModCount = modCount;
        public boolean hasNext() {
            return cursor != size;
        }
        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
            checkForComodification();
            int i = cursor;
            if (i >= size)
                throw new NoSuchElementException();
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length)
                throw new ConcurrentModificationException();
            cursor = i + 1;
            return (E) elementData[lastRet = i];
        }
        public void remove() {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();
            try {
                ArrayList.this.remove(lastRet);
                cursor = lastRet;
                lastRet = -1;
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }
        @Override
        @SuppressWarnings("unchecked")
        public void forEachRemaining( consumer <? super E> consumer) {
            Objects.requireNonNull(consumer);
            final int size = ArrayList.this.size;
            int i = cursor;
            if (i >= size) {
                return;
            }
            final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
            while (i != size && modCount == expectedModCount) {
                consumer.accept((E) elementData[i++]);
            }
            // update once at end of iteration to reduce heap write traffic
            cursor = i;
            lastRet = i - 1;
            checkForComodification();
        }
        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
}
  

PS :以上代码提交在 Github

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文章来源:智云一二三科技

文章标题:设计模型系列—迭代器模式

文章地址:https://www.zhihuclub.com/186832.shtml

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