C++ 设计模式-迭代者模式

迭代器模式（Iterator Pattern）提供一种顺序访问聚合对象元素的方法，同时不暴露其底层实现。以下是一个基于C++的书籍管理迭代器。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

// 前向声明
class Book;

// 抽象迭代器接口
class Iterator {
public:
    virtual ~Iterator() = default;
    virtual void next() = 0;          // 移动到下一个元素
    virtual bool hasNext() const = 0; // 检查是否还有元素
    virtual Book current() const = 0; // 获取当前元素
};

// 具体元素类：书籍
class Book {
public:
    explicit Book(std::string name) : name_(std::move(name)) {}
    std::string getName() const { return name_; }
private:
    std::string name_;
};

// 抽象聚合接口
class BookCollection {
public:
    virtual ~BookCollection() = default;
    virtual Iterator* createIterator() const = 0; // 创建迭代器
    virtual void addBook(const Book& book) = 0;   // 添加元素（可选）
};

// 具体聚合类：书籍集合（基于数组/vector）
class Library : public BookCollection {
public:
    Iterator* createIterator() const override;

    void addBook(const Book& book) override {
        books_.push_back(book);
    }

    // 提供给迭代器的访问接口（保持封装性）
    size_t size() const { return books_.size(); }
    const Book& get(size_t index) const { return books_[index]; }

private:
    std::vector<Book> books_;
};

// 具体迭代器：图书馆迭代器
class LibraryIterator : public Iterator {
public:
    explicit LibraryIterator(const Library& library)
        : library_(library), index_(0) {}

    void next() override {
        if (hasNext()) ++index_;
    }

    bool hasNext() const override {
        return index_ < library_.size();
    }

    Book current() const override {
        return library_.get(index_);
    }

private:
    const Library& library_;
    size_t index_ = 0;
};

// 实现聚合类的工厂方法
Iterator* Library::createIterator() const {
    return new LibraryIterator(*this);
}

// 客户端使用示例
int main() {
    Library library;
    library.addBook(Book("Design Patterns"));
    library.addBook(Book("The C++ Programming Language"));
    library.addBook(Book("Effective Modern C++"));

    Iterator* it = library.createIterator();
    while (it->hasNext()) {
        Book book = it->current();
        std::cout << "Book: " << book.getName() << std::endl;
        it->next();
    }

    delete it; // 释放资源
    return 0;
}

关键点解析：

1. 模式结构：

   • Iterator：定义遍历接口（next, hasNext, current）
   • ConcreteIterator（LibraryIterator）：实现具体遍历逻辑
   • Aggregate（BookCollection）：声明创建迭代器的接口
   • ConcreteAggregate（Library）：存储数据并返回关联的具体迭代器

2. 实现细节：

   • 集合类通过 size() 和 get() 方法提供受控访问，避免暴露内部存储结构。
   • 迭代器持有集合的引用并通过索引跟踪遍历状态。
   • 通过虚函数实现多态，支持未来扩展新的集合类型。

3. 优势：

   • 解耦客户端与集合实现：客户端仅依赖迭代器接口，集合内部结构变化不影响调用方。
   • 支持多种遍历方式：可创建不同迭代器实现正序、逆序、过滤等遍历逻辑。
   • 简化聚合接口：集合只需提供基本数据访问方法，无需关注遍历细节。

4. C++特性：

   • 使用 const 正确性保证集合数据不被意外修改。
   • 通过虚析构函数确保资源正确释放。
   • 示例中使用裸指针 it 管理迭代器，实际建议使用 std::unique_ptr 等智能指针。

输出结果：

Book: Design Patterns
Book: The C++ Programming Language
Book: Effective Modern C++