37 设计模式——迭代器模式 详解

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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。

迭代器模式在生活中应用的比较广泛，比如：物流系统中的传送带，不管传送的是什么物品，都会被打包成一个个箱子，并且有一个统一的二维码。这样我们不需要关心箱子里是什么，在分发时只需要一个个检查发送的目的地即可。再比如，我们平时乘坐交通工具，都是统一刷卡或者刷脸进站，而不需要关心是男性还是女性、是残疾人还是正常人等信息。

模式的定义与特点

迭代器（Iterator）模式的定义：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，其主要优点如下。

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。

其主要缺点是：增加了类的个数，这在一定程度上增加了系统的复杂性。

在日常开发中，我们几乎不会自己写迭代器。除非需要定制一个自己实现的数据结构对应的迭代器，否则，开源框架提供的 API 完全够用。

模式的结构与实现

迭代器模式是通过将聚合对象的遍历行为分离出来，抽象成迭代器类来实现的，其目的是在不暴露聚合对象的内部结构的情况下，让外部代码透明地访问聚合的内部数据。现在我们来分析其基本结构与实现方法。

1. 模式的结构

迭代器模式主要包含以下角色。

1. 抽象聚合（Aggregate）角色：定义存储、添加、删除聚合对象以及创建迭代器对象的接口。
2. 具体聚合（ConcreteAggregate）角色：实现抽象聚合类，返回一个具体迭代器的实例。
3. 抽象迭代器（Iterator）角色：定义访问和遍历聚合元素的接口，通常包含 hasNext()、first()、next() 等方法。
4. 具体迭代器（Concretelterator）角色：实现抽象迭代器接口中所定义的方法，完成对聚合对象的遍历，记录遍历的当前位置。

其结构图如图 1 所示。

图1 迭代器模式的结构图

2. 模式的实现

迭代器模式的实现代码如下：

package net.biancheng.c.iterator; import java.util.*; public class IteratorPattern { public static void main(String[] args) { Aggregate ag = new ConcreteAggregate(); ag.add("中山大学"); ag.add("华南理工"); ag.add("韶关学院"); System.out.print("聚合的内容有："); Iterator it = ag.getIterator(); while (it.hasNext()) { Object ob = it.next(); System.out.print(ob.toString() + "\t"); } Object ob = it.first(); System.out.println("\nFirst：" + ob.toString()); } } //抽象聚合 interface Aggregate { public void add(Object obj); public void remove(Object obj); public Iterator getIterator(); } //具体聚合 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)); } } //抽象迭代器 interface Iterator { Object first(); Object next(); boolean hasNext(); } //具体迭代器 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; } }

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程序运行结果如下：

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!聚合的内容有：中山大学 华南理工 韶关学院 First：中山大学

模式的应用实例

【例1】用迭代器模式编写一个浏览婺源旅游风景图的程序。

分析：婺源的名胜古迹较多，要设计一个查看相关景点图片和简介的程序，用“迭代器模式”设计比较合适。

首先，设计一个婺源景点（WyViewSpot）类来保存每张图片的名称与简介；再设计一个景点集（ViewSpotSet）接口，它是抽象聚合类，提供了增加和删除婺源景点的方法，以及获取迭代器的方法。

然后，定义一个婺源景点集（WyViewSpotSet）类，它是具体聚合类，用 ArrayList 来保存所有景点信息，并实现父类中的抽象方法；再定义婺源景点的抽象迭代器（ViewSpotltemtor）接口，其中包含了查看景点信息的相关方法。

最后，定义婺源景点的具体迭代器（WyViewSpotlterator）类，它实现了父类的抽象方法；客户端程序设计成窗口程序，它初始化婺源景点集（ViewSpotSet）中的数据，并实现 ActionListener 接口，它通过婺源景点迭代器（ViewSpotlterator）来査看婺源景点（WyViewSpot）的信息。图 2 所示是其结构图。

图2 婺源旅游风景图浏览程序的结构图

程序代码如下：

package net.biancheng.c.iterator; import javax.swing.*; import java.awt.*; import java.awt.event.ActionEvent; import java.awt.event.ActionListener; import java.util.ArrayList; public class PictureIterator { public static void main(String[] args) { new PictureFrame(); } } //相框类 class PictureFrame extends JFrame implements ActionListener { private static final long serialVersionUID = 1L; ViewSpotSet ag; //婺源景点集接口 ViewSpotIterator it; //婺源景点迭代器接口 WyViewSpot ob; //婺源景点类 PictureFrame() { super("中国最美乡村“婺源”的部分风景图"); this.setResizable(false); ag = new WyViewSpotSet(); ag.add(new WyViewSpot("江湾", "江湾景区是婺源的一个国家5A级旅游景区，景区内有萧江宗祠、永思街、滕家老屋、婺源人家、乡贤园、百工坊等一大批古建筑，精美绝伦，做工精细。")); ag.add(new WyViewSpot("李坑", "李坑村是一个以李姓聚居为主的古村落，是国家4A级旅游景区，其建筑风格独特，是著名的徽派建筑，给人一种安静、祥和的感觉。")); ag.add(new WyViewSpot("思溪延村", "思溪延村位于婺源县思口镇境内，始建于南宋庆元五年（1199年），当时建村者俞氏以（鱼）思清溪水而名。")); ag.add(new WyViewSpot("晓起村", "晓起有“中国茶文化第一村”与“国家级生态示范村”之美誉，村屋多为清代建筑，风格各具特色，村中小巷均铺青石，曲曲折折，回环如棋局。")); ag.add(new WyViewSpot("菊径村", "菊径村形状为山环水绕型，小河成大半圆型，绕村庄将近一周，四周为高山环绕，符合中国的八卦“后山前水”设计，当地人称“脸盆村”。")); ag.add(new WyViewSpot("篁岭", "篁岭是著名的“晒秋”文化起源地，也是一座距今近六百历史的徽州古村；篁岭属典型山居村落，民居围绕水口呈扇形梯状错落排布。")); ag.add(new WyViewSpot("彩虹桥", "彩虹桥是婺源颇有特色的带顶的桥——廊桥，其不仅造型优美，而且它可在雨天里供行人歇脚，其名取自唐诗“两水夹明镜，双桥落彩虹”。")); ag.add(new WyViewSpot("卧龙谷", "卧龙谷是国家4A级旅游区，这里飞泉瀑流泄银吐玉、彩池幽潭碧绿清新、山峰岩石挺拔奇巧，活脱脱一幅天然泼墨山水画。")); it = ag.getIterator(); //获取婺源景点迭代器 ob = it.first(); this.showPicture(ob.getName(), ob.getIntroduce()); } //显示图片 void showPicture(String Name, String Introduce) { Container cp = this.getContentPane(); JPanel picturePanel = new JPanel(); JPanel controlPanel = new JPanel(); String FileName = "src/iterator/Picture/" + Name + ".jpg"; JLabel lb = new JLabel(Name, new ImageIcon(FileName), JLabel.CENTER); JTextArea ta = new JTextArea(Introduce); lb.setHorizontalTextPosition(JLabel.CENTER); lb.setVerticalTextPosition(JLabel.TOP); lb.setFont(new Font("宋体", Font.BOLD, 20)); ta.setLineWrap(true); ta.setEditable(false); //ta.setBackground(Color.orange); picturePanel.setLayout(new BorderLayout(5, 5)); picturePanel.add("Center", lb); picturePanel.add("South", ta); JButton first, last, next, previous; first = new JButton("第一张"); next = new JButton("下一张"); previous = new JButton("上一张"); last = new JButton("最末张"); first.addActionListener(this); next.addActionListener(this); previous.addActionListener(this); last.addActionListener(this); controlPanel.add(first); controlPanel.add(next); controlPanel.add(previous); controlPanel.add(last); cp.add("Center", picturePanel); cp.add("South", controlPanel); this.setSize(630, 550); this.setVisible(true); this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); } @Override public void actionPerformed(ActionEvent arg0) { String command = arg0.getActionCommand(); if (command.equals("第一张")) { ob = it.first(); this.showPicture(ob.getName(), ob.getIntroduce()); } else if (command.equals("下一张")) { ob = it.next(); this.showPicture(ob.getName(), ob.getIntroduce()); } else if (command.equals("上一张")) { ob = it.previous(); this.showPicture(ob.getName(), ob.getIntroduce()); } else if (command.equals("最末张")) { ob = it.last(); this.showPicture(ob.getName(), ob.getIntroduce()); } } } //婺源景点类 class WyViewSpot { private String Name; private String Introduce; WyViewSpot(String Name, String Introduce) { this.Name = Name; this.Introduce = Introduce; } public String getName() { return Name; } public String getIntroduce() { return Introduce; } } //抽象聚合：婺源景点集接口 interface ViewSpotSet { void add(WyViewSpot obj); void remove(WyViewSpot obj); ViewSpotIterator getIterator(); } //具体聚合：婺源景点集 class WyViewSpotSet implements ViewSpotSet { private ArrayList<WyViewSpot> list = new ArrayList<WyViewSpot>(); public void add(WyViewSpot obj) { list.add(obj); } public void remove(WyViewSpot obj) { list.remove(obj); } public ViewSpotIterator getIterator() { return (new WyViewSpotIterator(list)); } } //抽象迭代器：婺源景点迭代器接口 interface ViewSpotIterator { boolean hasNext(); WyViewSpot first(); WyViewSpot next(); WyViewSpot previous(); WyViewSpot last(); } //具体迭代器：婺源景点迭代器 class WyViewSpotIterator implements ViewSpotIterator { private ArrayList<WyViewSpot> list = null; private int index = -1; WyViewSpot obj = null; public WyViewSpotIterator(ArrayList<WyViewSpot> list) { this.list = list; } public boolean hasNext() { if (index < list.size() - 1) { return true; } else { return false; } } public WyViewSpot first() { index = 0; obj = list.get(index); return obj; } public WyViewSpot next() { if (this.hasNext()) { obj = list.get(++index); } return obj; } public WyViewSpot previous() { if (index > 0) { obj = list.get(--index); } return obj; } public WyViewSpot last() { index = list.size() - 1; obj = list.get(index); return obj; } }

程序运行结果如图 3 所示。

图3 婺源旅游风景图浏览程序的运行结果

模式的应用场景

前面介绍了关于迭代器模式的结构与特点，下面介绍其应用场景，迭代器模式通常在以下几种情况使用。

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，其结构图如图 4 所示。

图4 组合迭代器模式的结构图