漫谈设计模式 [14]：迭代器模式
引导性开场
菜鸟:
最近在处理一个项目时，我遇到一个问题。我需要遍历一个集合中的元素，但集合的结构可能会变化。每次我都要写很多重复的代码，这让我很困惑。有没有更好的方法呢？
老鸟:
这个问题很常见。你有没有听说过迭代器模式？
菜鸟:
迭代器模式？听起来有点陌生，你能详细说说吗？
渐进式介绍概念
老鸟:
当然可以！我们先从一个生活中的例子开始。想象你有一本书，你想一页一页地阅读。你会一页一页地翻，而不是一次性把所有页都看完，对吧？迭代器模式就是这样的一个“翻页器”，它让你可以逐个处理集合中的元素，而不需要关心集合的内部结构。
菜鸟:
那听起来挺直观的。那这种模式的核心思想是什么呢？
老鸟:
核心思想很简单：通过提供一种方法，使你能够顺序地访问一个集合中的元素，而不需要暴露集合的内部表示。
Python代码示例，逐步展开
菜鸟:
那能给我一个简单的代码示例吗？
老鸟:
好的，我们先从一个最简单的例子开始。假设我们有一个列表，我们想要逐个访问它的元素。
class SimpleIterator:
def __init__(self, collection):
self._collection = collection
self._index = 0
def __next__(self):
if self._index < len(self._collection):
result = self._collection[self._index]
self._index += 1
return result
else:
raise StopIteration
def __iter__(self):
return self
# 使用示例
simple_list = [1, 2, 3, 4]
iterator = SimpleIterator(simple_list)
for item in iterator:
print(item)
菜鸟:
我明白了，这个 SimpleIterator 通过 __next__ 方法遍历了集合中的每个元素。而 __iter__ 方法则返回了迭代器自身。
老鸟:
没错，这个就是最基础的迭代器实现。我们可以进一步扩展，让它支持更多类型的集合。
菜鸟:
那怎么扩展呢？
老鸟:
我们可以引入一个抽象的迭代器接口，然后为不同的集合类型实现不同的迭代器。
from abc import ABC, abstractmethod
class Iterator(ABC):
@abstractmethod
def __next__(self):
pass
@abstractmethod
def __iter__(self):
pass
class ListIterator(Iterator):
def __init__(self, collection):
self._collection = collection
self._index = 0
def __next__(self):
if self._index < len(self._collection):
result = self._collection[self._index]
self._index += 1
return result
else:
raise StopIteration
def __iter__(self):
return self
# 使用示例
list_collection = [1, 2, 3, 4]
list_iterator = ListIterator(list_collection)
for item in list_iterator:
print(item)
菜鸟:
这样做的好处是什么呢？
老鸟:
通过引入接口和具体实现，我们就可以为不同的集合类型创建不同的迭代器，而使用者只需要与迭代器接口进行交互。
问题与反思
菜鸟:
如果不用迭代器模式，我会直接在集合类中实现遍历方法，这样也能实现功能呀。
老鸟:
确实可以，但这样会导致集合类承担过多的责任，违反单一责任原则。用迭代器模式，我们可以将遍历的逻辑与集合本身分开，使代码更清晰、更易维护。
菜鸟:
我明白了，这样可以让代码更具可读性和可维护性。
优势与适用场景
老鸟:
迭代器模式有很多优势。比如，它可以让你在不修改集合类的前提下，为其添加新的遍历方式。适用于需要对集合进行多种遍历操作的场景，如树形结构、图结构等。
菜鸟:
那现实生活中有哪些常见的应用场景呢？
老鸟:
比如文件系统的遍历，社交网络中的好友关系图遍历，甚至是游戏中的场景图遍历等。
常见误区与优化建议
菜鸟:
那在使用迭代器模式时，有没有什么常见的误区需要注意？
老鸟:
一个常见误区是：有些开发者在实现迭代器时，会在迭代器中修改集合本身，这样会导致意外的副作用。建议迭代器只负责遍历，而不修改集合。
总结与延伸阅读
老鸟:
今天我们聊了迭代器模式的核心思想、基本实现以及它的优势和适用场景。希望你对迭代器模式有了更深入的理解。接下来你可以阅读《设计模式：可复用面向对象软件的基础》这本书，了解更多设计模式。
菜鸟:
这次对话让我受益匪浅！我会继续学习其他设计模式，谢谢你！
老鸟:
不用客气！有问题随时来找我。