设计模式之迭代器模式

迭代器模式是一种行为型设计模式，它提供了一种方法来顺序访问一个集合对象中的元素，而不需要暴露该对象的内部表示。迭代器模式非常适合用于容器类的设计，使得客户端代码可以通过统一的接口访问不同类型的集合。

1. 主要组成部分

• 迭代器（Iterator）：定义访问集合元素的接口，包括方法如 next(), hasNext(), remove() 等。
• 聚合（Aggregate）：定义创建迭代器的接口。
• 具体迭代器（Concrete Iterator）：实现迭代器接口，维护对当前元素的引用和对集合的引用。
• 具体聚合（Concrete Aggregate）：实现聚合接口，返回具体迭代器的实例。

2. UML 类图

+------------------+
|    Iterator      |
+------------------+
| +next()          |
| +hasNext()      |
+------------------+
        ^
        |
+------------------+
| ConcreteIterator  |
+------------------+
| -collection: Collection |
| -index: int            |
+------------------+
| +next()          |
| +hasNext()      |
+------------------+

+------------------+
|    Aggregate     |
+------------------+
| +createIterator()|
+------------------+
        ^
        |
+------------------+
| ConcreteAggregate|
+------------------+
| -items: List     |
+------------------+
| +createIterator()|
+------------------+

3. 示例代码

以下是一个简单的迭代器模式实现示例，使用 C++。

#include <iostream>
#include <vector>

// 迭代器接口
class Iterator {
public:
    virtual ~Iterator() {}
    virtual int next() = 0;
    virtual bool hasNext() = 0;
};

// 聚合接口
class Aggregate {
public:
    virtual ~Aggregate() {}
    virtual Iterator* createIterator() = 0;
};

// 具体迭代器
class ConcreteIterator : public Iterator {
private:
    const std::vector<int>& collection;
    size_t index;

public:
    ConcreteIterator(const std::vector<int>& coll) : collection(coll), index(0) {}

    int next() override {
        return collection[index++];
    }

    bool hasNext() override {
        return index < collection.size();
    }
};

// 具体聚合
class ConcreteAggregate : public Aggregate {
private:
    std::vector<int> items;

public:
    void addItem(int item) {
        items.push_back(item);
    }

    Iterator* createIterator() override {
        return new ConcreteIterator(items);
    }
};

// 客户端代码
int main() {
    ConcreteAggregate aggregate;
    aggregate.addItem(1);
    aggregate.addItem(2);
    aggregate.addItem(3);

    Iterator* iterator = aggregate.createIterator();
    while (iterator->hasNext()) {
        std::cout << iterator->next() << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    delete iterator;
    return 0;
}

4. 优点

• 解耦：迭代器模式将集合的遍历与集合的实现分离，使得代码更清晰，易于维护。
• 统一接口：不同的集合可以通过相同的接口进行遍历，增强了灵活性和扩展性。
• 支持多种遍历方式：可以实现多种不同的迭代器，如正向、反向、递归等。

5. 缺点

• 增加复杂性：引入了额外的类和接口，增加了系统的复杂性。
• 性能开销：迭代器模式可能会导致性能开销，特别是在频繁创建和销毁迭代器的情况下。

总结

迭代器模式是一种强大的设计模式，特别适合用于集合类的设计。它通过提供统一的访问接口，使得客户端能够轻松遍历不同类型的集合，同时保持代码的清晰和灵活。