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深入探索迭代器模式的原理与应用

article 2024/9/24 5:08:34

迭代器模式

💻 迭代器模式 (Iterator Pattern) 是一种行为设计模式，它允许你顺序访问一个集合对象中的元素，而无需暴露其底层表示。在不同的数据结构中，如数组、链表或其他集合，它可以统一提供一种方式来逐个遍历这些元素。

主要组成部分和UML类图

Iterator 接口：定义遍历元素所需要的操作，如 hasNext() 和 next().
ConcreteIterator 具体迭代器：实现 Iterator 接口，负责具体遍历操作。
Aggregate 聚合接口：提供创建迭代器的方法 createIterator().
ConcreteAggregate 具体聚合类：实现聚合接口，包含实际元素集合，并返回迭代器实例。

在这里插入图片描述

生动案例理解：图书馆书架

情景：你走进图书馆，看到有许多不同的书架，每个书架有一排书。你想要逐一遍历每本书，但图书馆有不同种类的书架，它们的排列规则不同。使用迭代器模式，你可以通过同一个接口来遍历所有的书架，而无需关心每个书架的具体实现。

代码实现迭代器模式

让我们实现一个书架例子。书架有不同的书，通过迭代器，我们可以按顺序遍历这些书。

Step 1:定义书的类

lass Book {
    private String name;

    public Book(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

作用: 定义书的属性和构造函数，通过getName()方法可以获取书名。

Step 2:创建迭代器接口

interface BookIterator extends Iterator<Book> {
    boolean hasNext();
    Book next();
}

作用: 定义迭代器的接口，提供了hasNext()和next()方法，用于遍历书籍。

Step 3: 具体的迭代器实现

// 第三步：具体迭代器实现类
class ShelfIterator implements BookIterator {
    private List<Book> books;
    private int position = 0;

    public ShelfIterator(List<Book> books) {
        this.books = books;
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {
        return position < books.size();
    }

    @Override
    public Book next() {
        return books.get(position++);
    }
}

作用: ShelfIterator是迭代器的具体实现类，内部维护了当前遍历的位置并提供具体的遍历实现

Step 4: 定义聚合接口

// 第四步：抽象聚合接口
interface BookShelf {
    BookIterator createIterator();
}

作用: 定义了一个抽象聚合接口，用于创建一个新的迭代器。

Step 5: 实现具体聚合类

// 第五步：具体聚合实现类
class LibraryShelf implements BookShelf {
    private List<Book> books;

    public LibraryShelf() {
        this.books = new ArrayList<>();
    }

    public void addBook(Book book) {
        this.books.add(book);
    }

    @Override
    public BookIterator createIterator() {
        return new ShelfIterator(books);
    }
}

作用: LibraryShelf是具体的聚合类，管理书籍的集合，并提供创建迭代器的方法。

Step 6: 测试类

// 第六步：测试类
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        LibraryShelf shelf = new LibraryShelf();
        shelf.addBook(new Book("Effective Java"));
        shelf.addBook(new Book("Design Patterns"));
        shelf.addBook(new Book("Clean Code"));

        BookIterator iterator = shelf.createIterator();

        System.out.println("Traversing the book shelf:");
        while (iterator.hasNext()) {
            Book book = iterator.next();
            System.out.println("Book: " + book.getName());
        }
    }
}

输出结果

Traversing the book shelf:
Book: Effective Java
Book: Design Patterns
Book: Clean Code

通过这个案例，你可以看到迭代器模式如何解耦聚合对象和遍历逻辑，使得可以以统一的方式遍历不同的集合。

JDK源码中的应用

在JDK中，迭代器模式广泛用于Collection框架，特别是在List、Set和Map等数据结构中。让我们看看几个常见的示例：

`java.util.Iterator`

public interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();
    E next();
    default void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException("remove");
    }
}

应用: Iterator接口是Java集合框架中的迭代器标准接口。几乎所有的集合类(ArrayList, HashSet, LinkedList)都实现了这个接口，用于提供遍历方法。

`java.util.ArrayList` 的迭代器实现

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    // ArrayList中的内部类实现了Iterator
    private class Itr implements Iterator<E> {
        int cursor;       // index of next element to return
        int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such

        public boolean hasNext() {
            return cursor != size();
        }

        public E next() {
            int i = cursor;
            if (i >= size)
                throw new NoSuchElementException();
            cursor = i + 1;
            return (E) elementData[lastRet = i];
        }

        public void remove() {
            // 删除操作
        }
    }

    public Iterator<E> iterator() {
        return new Itr();
    }
}