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设计模式----迭代器模式

article 2024/12/1 10:26:29

定义

迭代器模式（Iterator Pattern）是一种行为设计模式。在 C++ 中，它提供了一种方法来顺序访问一个聚合对象（如容器，像vector、list等）中的各个元素，而又不暴露该对象的内部表示。简单来说，迭代器就像是一个导游，它可以带领你逐个访问容器中的元素，而不需要你了解容器是如何存储这些元素的。

组成部分

迭代器（Iterator）接口：
定义了访问和遍历元素的操作，通常包括first()（指向第一个元素）、next()（指向下一个元素）、isDone()（判断是否已经遍历完所有元素）和currentItem()（获取当前元素）等操作。在 C++ 中，标准库中的迭代器概念有输入迭代器、输出迭代器、前向迭代器、双向迭代器和随机访问迭代器，它们分别支持不同层次的操作。例如，输入迭代器支持++（向前移动）和*（解引用）操作，而随机访问迭代器还支持像[]（下标访问）等更复杂的操作。
具体迭代器（Concrete Iterator）：
实现了迭代器接口，它知道如何遍历一个聚合对象中的元素。例如，std::vector的迭代器是一个随机访问迭代器，它在内部记录了当前指向的元素位置，通过重载++运算符来移动到下一个元素，通过*运算符来返回当前元素的引用。
聚合对象（Aggregate）接口：
它是一个抽象接口，用于创建迭代器对象。在 C++ 中，容器类（如vector、list等）就相当于聚合对象，它们提供了像begin()和end()这样的成员函数来返回迭代器，这些迭代器用于遍历容器中的元素。
具体聚合对象（Concrete Aggregate）：
实现了聚合对象接口，它包含了一个具体的容器和创建相应迭代器的方法。例如，std::vector是一个具体聚合对象，它内部存储了一个动态数组，并且可以通过begin()和end()函数返回用于遍历这个数组的迭代器。
示例代码
下面是一个简单的自定义迭代器和聚合对象的示例。假设我们有一个简单的数组类作为聚合对象：

class MyArray {
private:
    int* data;
    int size;
public:
    MyArray(int* arr, int n) : data(arr), size(n) {}
    class Iterator {
    private:
        int* current;
    public:
        Iterator(int* p) : current(p) {}
        int& operator*() {
            return *current;
        }
        Iterator& operator++() {
            current++;
            return *this;
        }
        bool operator!=(const Iterator& other) {
            return current!= other.current;
        }
    };
    Iterator begin() {
        return Iterator(data);
    }
    Iterator end() {
        return Iterator(data + size);
    }
};

可以这样使用这个自定义的迭代器和聚合对象：

int main() {
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    MyArray myArr(arr, 5);
    for (MyArray::Iterator it = myArr.begin(); it!= myArr.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    return 0;
}

在这个示例中，MyArray是聚合对象，它包含了一个整数数组。MyArray::Iterator是迭代器，它实现了*（解引用）、++（向前移动）和!=（比较）等操作。begin()和end()函数分别返回指向数组开头和结尾（后一个位置）的迭代器，这样就可以在for循环中使用迭代器来遍历数组中的元素了。

优势

分离了聚合对象的遍历行为和内部结构：
使得容器的实现可以独立于遍历操作，便于容器的维护和扩展。例如，vector和list的内部存储结构不同，但它们都可以提供统一的迭代器接口来进行元素遍历。
提供了统一的遍历方式：
对于不同类型的容器，用户可以使用相似的迭代器语法来遍历元素。例如，在 C++ 标准库中，vector、list和deque等容器都支持迭代器，用户可以使用begin()和end()函数获取迭代器，并通过for循环（如for(auto it = container.begin(); it!= container.end(); ++it)）来遍历元素，而不需要了解每个容器的具体存储细节。
支持多种遍历策略：
可以通过定义不同的迭代器来实现不同的遍历策略。例如，除了正向遍历，还可以实现反向遍历的迭代器，或者实现跳过某些元素的迭代器等。

应用场景

容器类的遍历：
这是最常见的应用场景，如 C++ 标准库中的各种容器（vector、list、map等）都使用迭代器来提供元素遍历功能。在遍历容器时，用户可以使用迭代器来访问容器中的每个元素，而不需要关心容器的内部实现细节。
数据结构的遍历：
对于自定义的数据结构，如树、图等，也可以使用迭代器模式来提供遍历功能。例如，可以定义一个二叉树的中序遍历迭代器，它可以按照中序遍历的顺序逐个返回二叉树中的节点。
数据库查询结果的遍历：
在数据库编程中，查询结果通常是一个集合。可以使用迭代器来遍历这个集合，每次返回一条记录，方便对查询结果进行处理。

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