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设计模式之迭代器模式(C++)

article 2024/9/16 20:32:59

作者：翟天保Steven
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一、迭代器模式是什么？

迭代器模式是一种行为型的软件设计模式，提供一种方法能顺序访问聚合对象中的各个元素，而又不暴露其内部。

我们使用的聚合对象各种各样，比如vector、list、tree、map等等，既然是聚合，那就有访问其个体的需要。而遍历访问这个行为可能有深度优先、广度优先、顺序遍历、逆序遍历等等，迭代器的意义就是将这个行为抽离封装起来，这样客户端只需要调用合适的迭代器，来进行对应的遍历，而不用自己去实现这一行为。

迭代器模式的优点：

符合单一职责原则。将遍历行为抽离成单独的类。
符合开闭原则。添加新集合或者新迭代器，不改变原有代码。
便于扩展多种遍历行为。
访问数据又不暴露内部。

迭代器模式的缺点：

若对聚合对象只需要进行简单的遍历行为，那使用迭代器模式有些大材小用。
系统复杂性提高，类数量较多。

二、迭代器模式

2.1 结构图

客户端即Main主函数，容器创建迭代器进行遍历。

2.2 代码示例

场景描述：设计一个简单容器存放数据，并用迭代器顺序遍历。

//Iterator.h
/****************************************************/
#pragma once
#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <vector>
#include <list>
#include <string>

using namespace std;

// 定义迭代器接口
class Iterator 
{
public:
	// 下一个
	virtual int next() = 0;

	// 是否有下一个
	virtual bool hasNext() = 0;

};

// 定义具体迭代器
class ConcreteIterator : public Iterator 
{
public:
	// 构造函数
	ConcreteIterator(std::vector<int> data) : m_data(data), index(0) {}

	// 下一个
	virtual int next() {
		return m_data[index++];
	}

	// 是否有下一个
	virtual bool hasNext() {
		return index < m_data.size();
	}

private:
	std::vector<int> m_data;
	int index;

};

// 定义容器接口
class Container 
{
public:
	virtual Iterator* create_iterator() = 0;
};

// 定义具体容器
class ConcreteContainer : public Container 
{
public:
	// 构造函数
	ConcreteContainer(std::vector<int> data) : m_data(data) {}

	// 创建迭代器
	virtual Iterator* create_iterator() {
		return new ConcreteIterator(m_data);
	}

private:
	std::vector<int> m_data;

};

//main.cpp
/****************************************************/
#include <iostream>
#include <string>
#include "Iterator.h"

using namespace std;

int main() 
{
	// 创建容器和迭代器
	std::vector<int> data = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	Container* container = new ConcreteContainer(data);
	Iterator* iterator = container->create_iterator();

	// 迭代器输出
	while (iterator->hasNext()) {
		std::cout << iterator->next() << " ";
	}
	
	// 清除
	delete iterator;
	delete container;
	iterator = nullptr;
	container = nullptr;
	return 0;
}

程序结果如下。