迭代器模式-统一集合的遍历方式

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今天来介绍迭代器模式Iterator Design Pattern),它还有另一个名字,叫作游标模式Cursor Design Pattern)。

1,遍历集合元素

现在的高级语言(比如 C++JavaPython 等)都支持很多种集合(比如 ListMapSet 等),用于存储对象。

同时这些高级语言也都原生支持了迭代器,这使得遍历集合变得非常简单。

下面我们来看下,如果不使用迭代器,如何遍历集合。

Java ArrayList 为例,创建 list,并加入 5 个元素:

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(5);

用 for 循环遍历 list

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    System.out.println(list.get(i));
}

如果不用迭代器,只能使用 get 方法,将集合中的元素一个个取出。

如果使用迭代器遍历元素,就可以像下面这样:

Iterator<Integer> i = list.iterator();
while (i.hasNext()) {
    System.out.println(i.next());
}

先用 iterator 方法返回迭代器,再用 hasNext 方法查看迭代器中是否还有元素,如果有元素则用 next 方法取出元素。

更简单的方式是使用 forEeah 循环:

for (Object i: list) {
    System.out.println(i);
}

forEach 循环(对迭代器的一种包装)是 Java 5 中引入的遍历集合的方式,这种方式不再需要获取迭代器,甚至不需要知道所遍历的是哪种数据结构,也不需知道其中存储的是什么类型的数据。

Java 集合框架与迭代器

Java 中的 SetListQueue 都实现了 Collection 接口,该接口中的 iterator 方法返回一个迭代器,用于遍历集合中的元素。

这使得所有的 Collection 对象的遍历都变得非常简单,使用 forEach 循环即可:

for (Object o: collection) {
    // 遍历元素
}

2,迭代器模式

迭代器模式提供了一种方法,用于遍历集合对象中的元素,而又不暴露其内部的细节

一般的迭代器都要实现一个迭代器接口,该接口至少包含两个方法,即 hasNextnext

public interface Iterator {
    boolean hasNext();
    Object next();
}

hasNext 方法用于查看集合中是否还有下一个元素;next 方法用于返回集合中的下一个元素,并移动指向元素的游标。

Java 中的 Iterator 接口中还有一个 remove 方法,其实这个方法的必要性并不大,所以它的默认实现是抛出 UnsupportedOperationException 异常。因此,对于 remove 方法,不需要给予太多的关注。

这使得每个集合中的元素的访问方式都是统一的。

一个完整的迭代器模式一般会包含集合迭代器两部分,为了达到基于接口而非实现编程的原则,还抽象出了两个接口,其类图如下:

迭代器模式-统一集合的遍历方式

Collection 中的 iterator 方法用于返回当前对象的迭代器,从而遍历集合中的元素。

迭代器模式将集合对象的遍历操作从集合类中拆分出来,放到迭代器类中,使得两者的职责更加单一。

这其实用到了单一职责原则:一个类应该只有一个引起变化的原因。

3,迭代器不支持增删

迭代器的目的是为了方便元素的遍历,而如果在遍历的过程中增删元素,则会导致元素重复遍历或者遍历不到

下面来看下这种错误是如何产生的。

假设一个列表中有 abcd 四个元素,我们从前往后遍历。刚开始时,游标 cursor 指向 a

迭代器模式-统一集合的遍历方式

当遍历到 b 时,cursor 指向 b

迭代器模式-统一集合的遍历方式

遍历时删除元素

如果此时将 a 元素删除,那么所有其它元素都会前移一个位置:

迭代器模式-统一集合的遍历方式

从而,这时的游标就会指向 c,这就会导致 b 没有被遍历到。

遍历时增加元素

如果在遍历到 b 的时候,在表头增加一个元素 x,那么所有的元素都会后移一个位置:

迭代器模式-统一集合的遍历方式

从而,这时的游标依然是指向 a,这就会导致 a 被重复遍历了。

因此,在使用迭代器遍历元素的时候都会禁止增删元素。

Java 如何禁止增删元素

为了禁止在遍历时增删元素,Java 的做法是,在遍历元素时会进行 checkForXXX 操作,目的是检查是否有元素增删,如果有增删的情况,则抛出异常。

4,总结

迭代器模式是为了方便元素的遍历,它统一了集合的遍历方式。它将元素的遍历操作从集合中拆分出来,从而使得两者得以解耦。

大部分高级语言都原生支持迭代器,这使得开发人员可以专注于业务实现,而不用过多的关心底层实现。

如果在迭代器的遍历过程中增删元素,则会导致元素的遍历发生错误,因此迭代器中一般不支持增删元素。

(本节完。)

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