迭代器模式(Interator Pattern)

一、模式动机

迭代器模式(Iterator Pattern)是一种使用频率非常高的行为型设计模式,迭代器用于对一个聚合对象进行遍历。通过引入迭代器可以将数据的遍历功能从聚合对象中分离出来聚合对象只负责存储数据,而遍历数据由迭代器来完成,简化了聚合对象的设计,更符合“单一职责原则”的要求。Java语言提供了对迭代器模式的完美支持,通常我们不需要自己定义新的迭代器,直接使用Java提供的迭代器即可。迭代器模式又称为“游标(Cursor)模式”,它是一种对象行为型模式。
类比:

  • 电视机   存储电视频道的集合   聚合类(Aggregate Classes)
  • 电视机遥控器   操作电视频道   迭代器(Iterator)
  • 如何访问一个聚合对象中的元素但又不需要暴露它的内部结构,还能提供多种不同的遍历方式   迭代器模式

二、模式定义

  • 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。
  • 提供一个外部的迭代器对聚合对象进行访问和遍历,迭代器中定义了一个访问该聚合对象的接口,并且可以跟踪当前遍历的元素,了解哪些元素已经遍历,哪些没有。
  • 其别名为游标(Cursor)
  • 迭代器模式是一种对象行为型模式

三、模式结构


抽象迭代器类

public interface Iterator {
    public void first();              //将游标指向第一个元素
    public void next();               //将游标指向下一个元素
    public boolean hasNext();         //判断是否存在下一个元素
    public Object currentItem();      //获取游标指向的当前元素
}

具体迭代器类

public class ConcreteIterator implements Iterator {
    private ConcreteAggregate objects; //维持一个对具体聚合对象的引用,以便于访问存储在聚合对象中的数据
    private int cursor;         //定义一个游标,用于记录当前访问位置
    public ConcreteIterator(ConcreteAggregate objects) {
        this.objects=objects;
    }
    public void first() {  ......  }		
    public void next() {  ......  }
    public boolean hasNext( ) {  ......  }	
    public Object currentItem( ) {  ......  }
}

抽象聚合类

public interface Aggregate {
    Iterator createIterator( );
}

具体聚合类

public class ConcreteAggregate implements Aggregate {	
    ......	
    public Iterator createIterator( ) {
        return new ConcreteIterator(this);
    }
    ......
}

四、案例实现

案例背景

遥控操控电视频道遍历

案例结构

代码实现

抽象迭代器类:电视机遥控器类

public interface TVInterator {

    void setChannel(int i);
    Object currentChannel();
    void next();
    void previous();
    boolean isLast();
    boolean isFirst();

}

抽象聚合类

public interface Television {

    TVInterator createInterator();

}

具体电视机类:创维电视机类

public class SkyworthTelevision implements Television{

    private Object[] obj = {"CCTV-1","CCTV-2","CCTV-3","CCTV-4","CCTV-5","CCTV-6"};

    @Override
    public TVInterator createInterator() {
        return new SkyworthInterator(obj);
    }

}

具体电视机类:TCL

public class TCLTelevision implements Television{

    private Object[] obj = {"湖南卫视","上海卫视","山西卫视","河北卫视","上海卫视","北京卫视"};

    @Override
    public TVInterator createInterator() {
        return new SkyworthInterator(obj);
    }

}

具体电视机遥控器类:创维

public class SkyworthInterator implements TVInterator{

    private int currentIndex = 0;
    private Object obj[];

    public SkyworthInterator(Object[] obj) {
        this.obj = obj;
    }

    @Override
    public void setChannel(int i) {
        currentIndex = i;
    }

    @Override
    public Object currentChannel() {
        return obj[currentIndex];
    }

    @Override
    public void next() {
        if (currentIndex < obj.length){
            currentIndex ++;
        }
    }

    @Override
    public void previous() {
        if (currentIndex > 0){
            currentIndex --;
        }
    }

    @Override
    public boolean isLast() {
        return currentIndex == obj.length;
    }

    @Override
    public boolean isFirst() {
        return currentIndex ==0;
    }
}

具体电视机遥控器类:TCL

public class TCLInterator implements TVInterator{

    private int currentIndex = 0;
    private Object obj[];

    public TCLInterator(Object[] obj) {
        this.obj = obj;
    }

    @Override
    public void setChannel(int i) {
        currentIndex = i;
    }

    @Override
    public Object currentChannel() {
        return obj[currentIndex];
    }

    @Override
    public void next() {
        if (currentIndex < obj.length){
            currentIndex ++;
        }
    }

    @Override
    public void previous() {
        if (currentIndex > 0){
            currentIndex --;
        }
    }

    @Override
    public boolean isLast() {
        return currentIndex == obj.length;
    }

    @Override
    public boolean isFirst() {
        return currentIndex ==0;
    }
}

客户类

public class Client {

    public static void display(Television tv){
        TVInterator interator = tv.createInterator();
        System.out.println("电视机频道:");
        while (!interator.isLast()){
            System.out.println(interator.currentChannel().toString());
            interator.next();
        }
    }
    public static void reverseDisplay(Television tv){
        TVInterator interator = tv.createInterator();
        interator.setChannel(6);
        System.out.println("逆向遍历电视机频道:");
        while (!interator.isFirst()){
            interator.previous();
            System.out.println(interator.currentChannel().toString());
        }
    }

    public static void main(String a[]) {
        Television tv = (Television) XMLUtil.getBean();
        display(tv);
        System.out.println("===============");
        reverseDisplay(tv);
    }

}

案例分析

  • 如果需要增加一个新的具体聚合类,只需增加一个新的聚合子类和一个新的具体迭代器类即可,原有类库代码无须修改,符合开闭原则
  • 如果需要更换一个迭代器,只需要增加一个新的具体迭代器类作为抽象迭代器类的子类,重新实现遍历方法即可,原有迭代器代码无须修改,也符合开闭原则
  • 如果要在迭代器中增加新的方法,则需要修改抽象迭代器的源代码,这将违背开闭原则

五、模式分析

  • 聚合对象的两个职责:
    • 存储数据,聚合对象的基本职责
    • 遍历数据,既是可变化的,又是可分离的
  • 将遍历数据的行为从聚合对象中分离出来,封装在迭代器对象中
  • 由迭代器来提供遍历聚合对象内部数据的行为,简化聚合对象的设计,更符合单一职责原则

六、总结

模式优点

  • 支持以不同的方式遍历一个聚合对象,在同一个聚合对象上可以定义多种遍历方式
  • 简化了聚合类
  • 由于引入了抽象层,增加新的聚合类和迭代器类都很方便,无须修改原有代码,符合开闭原则

模式缺点

  • 在增加新的聚合类时需要对应地增加新的迭代器类,类的个数成对增加,这在一定程度上增加了系统的复杂性
  • 抽象迭代器的设计难度较大,需要充分考虑到系统将来的扩展。在自定义迭代器时,创建一个考虑全面的抽象迭代器并不是一件很容易的事情

使用情形

  • 访问一个聚合对象的内容而无须暴露它的内部表示
  • 需要为一个聚合对象提供多种遍历方式
  • 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

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