迭代器模式-統一集合的遍歷方式
阿新 • • 發佈：2021-01-07
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今天來介紹**迭代器模式**（`Iterator Design Pattern`），它還有另一個名字，叫作**遊標模式**（`Cursor Design Pattern`）。
### 1，遍歷集合元素
現在的高階語言（比如 `C++`，`Java`，`Python` 等）都支援很多種**集合**（比如 `List`，`Map`，`Set` 等），用於儲存物件。
同時這些高階語言也都原生支援了**迭代器**，這使得**遍歷**集合變得非常簡單。
下面我們來看下，如果不使用迭代器，如何遍歷集合。
以 `Java ArrayList` 為例，建立 `list`，並加入 5 個元素：
```java
ArrayList list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(5);
```
用 for 迴圈遍歷 `list`：
```java
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，將集合中的元素一個個取出。
如果使用迭代器遍歷元素，就可以像下面這樣：
```java
Iterator i = list.iterator();
while (i.hasNext()) {
System.out.println(i.next());
}
```
先用 `iterator` 方法返回迭代器，再用 `hasNext` 方法檢視迭代器中是否還有元素，如果有元素則用 `next` 方法取出元素。
更簡單的方式是使用 `forEeah` 迴圈：
```java
for (Object i: list) {
System.out.println(i);
}
```
> **forEach 迴圈**（對迭代器的一種包裝）是 **Java 5** 中引入的遍歷集合的方式，這種方式不再需要獲取**迭代器**，甚至不需要知道所遍歷的是哪種資料結構，也不需知道其中儲存的是什麼型別的資料。
***Java 集合框架與迭代器***
Java 中的 `Set`，`List`，`Queue` 都實現了 `Collection` 介面，該介面中的 `iterator` 方法返回一個迭代器，用於遍歷集合中的元素。
這使得所有的 `Collection` 物件的遍歷都變得非常簡單，使用 `forEach` 迴圈即可：
```java
for (Object o: collection) {
// 遍歷元素
}
```
### 2，迭代器模式
**迭代器模式提供了一種方法，用於遍歷集合物件中的元素，而又不暴露其內部的細節**。
一般的**迭代器都要實現一個迭代器介面**，該介面至少包含兩個方法，即 `hasNext` 和 `next`：
```java
public interface Iterator {
boolean hasNext();
Object next();
}
```
`hasNext` 方法用於檢視集合中是否還有下一個元素；`next` 方法用於返回集合中的下一個元素，並移動指向元素的遊標。
> **Java** 中的 **Iterator** 介面中還有一個 `remove` 方法，其實這個方法的必要性並不大，所以它的預設實現是丟擲 `UnsupportedOperationException` 異常。因此，對於 `remove` 方法，不需要給予太多的關注。
這使得每個集合中的元素的訪問方式都是統一的。
一個完整的迭代器模式一般會包含**集合**與**迭代器**兩部分，為了達到**基於介面而非實現程式設計**的原則，還抽象出了兩個介面，其類圖如下：
**Collection** 中的 `iterator` 方法用於返回當前物件的迭代器，從而遍歷集合中的元素。
迭代器模式將集合物件的遍歷操作從集合類中拆分出來，放到迭代器類中，使得兩者的職責更加單一。
> 這其實用到了**單一職責原則**：一個類應該只有一個引起變化的原因。
### 3，迭代器不支援增刪
迭代器的目的是為了方便元素的**遍歷**，而如果在遍歷的過程中**增刪元素**，則會導致元素**重複遍歷**或者**遍歷不到**。
下面來看下這種錯誤是如何產生的。
假設一個列表中有 `a`，`b`，`c`，`d` 四個元素，我們從前往後遍歷。剛開始時，遊標 `cursor` 指向 `a`：
當遍歷到 `b` 時，`cursor` 指向 `b`：
***遍歷時刪除元素***
如果此時將 `a` 元素刪除，那麼所有其它元素都會前移一個位置：
從而，這時的遊標就會指向 `c`，這就會導致 `b` 沒有被遍歷到。
***遍歷時增加元素***
如果在遍歷到 `b` 的時候，在表頭增加一個元素 `x`，那麼所有的元素都會後移一個位置：
從而，這時的遊標依然是指向 `a`，這就會導致 `a` 被重複遍歷了。
因此，在使用迭代器遍歷元素的時候都會禁止增刪元素。
***Java 如何禁止增刪元素***
為了禁止在遍歷時增刪元素，Java 的做法是，在遍歷元素時會進行 `checkForXXX` 操作，目的是檢查是否有元素增刪，如果有增刪的情況，則丟擲異常。
### 4，總結
迭代器模式是為了方便元素的遍歷，它統一了集合的遍歷方式。它將元素的遍歷操作從集合中拆分出來，從而使得兩者得以解耦。
大部分高階語言都原生支援迭代器，這使得開發人員可以專注於業務實現，而不用過多的關心底層實現。
如果在迭代器的遍歷過程中增刪元素，則會導致元素的遍歷發生錯誤，因此迭代器中一般不支援增刪元素。
（本節完。）
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**推薦閱讀：**
[裝飾者模式-動態的包裝原有物件的行為](https://www.cnblogs.com/codeshell/p/14210116.html)
[命令模式-將請求封裝成物件](https://www.cnblogs.com/codeshell/p/14214705.html)
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