概述
在面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)中，我們經(jīng)常會(huì)遇到一類集合對(duì)象，這類集合對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能有著各種各樣的實(shí)現(xiàn)，但是歸結(jié)起來(lái)，無(wú)非有兩點(diǎn)是需要我們?nèi)リP(guān)心的：一是集合內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，二是遍歷集合內(nèi)部的數(shù)據(jù)。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則中有一條是類的單一職責(zé)原則，所以我們要盡可能的去分解這些職責(zé)，用不同的類去承擔(dān)不同的職責(zé)。Iterator模式就是分離了集合對(duì)象的遍歷行為，抽象出一個(gè)迭代器類來(lái)負(fù)責(zé)，這樣既可以做到不暴露集合的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，又可讓外部代碼透明的訪問(wèn)集合內(nèi)部的數(shù)據(jù)。
意圖
提供一種方法順序訪問(wèn)一個(gè)聚合對(duì)象中各個(gè)元素, 而又不需暴露該對(duì)象的內(nèi)部表示。[GOF 《設(shè)計(jì)模式》]
結(jié)構(gòu)圖
Iterator
模式結(jié)構(gòu)圖如下：
圖1 Iterator模式結(jié)構(gòu)圖
生活中的例子
迭代器提供一種方法順序訪問(wèn)一個(gè)集合對(duì)象中各個(gè)元素，而又不需要暴露該對(duì)象的內(nèi)部表示。在早期的電視機(jī)中，一個(gè)撥盤用來(lái)改變頻道。當(dāng)改變頻道時(shí)，需要手工轉(zhuǎn)動(dòng)撥盤移過(guò)每一個(gè)頻道，而不論這個(gè)頻道是否有信號(hào)。現(xiàn)在的電視機(jī)，使用[后一個(gè)]和[前一個(gè)]按鈕。當(dāng)按下[后一個(gè)]按鈕時(shí)，將切換到下一個(gè)預(yù)置的頻道。想象一下在陌生的城市中的旅店中看電視。當(dāng)改變頻道時(shí)，重要的不是幾頻道，而是節(jié)目?jī)?nèi)容。如果對(duì)一個(gè)頻道的節(jié)目不感興趣，那么可以換下一個(gè)頻道，而不需要知道它是幾頻道。
圖2 使用選頻器做例子的Iterator模式對(duì)象圖
Iterator
模式解說(shuō)
在面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)中，我們經(jīng)常會(huì)遇到一類集合對(duì)象，這類集合對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能有著各種各樣的實(shí)現(xiàn)，但是歸結(jié)起來(lái)，無(wú)非有兩點(diǎn)是需要我們?nèi)リP(guān)心的：一是集合內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，二是遍歷集合內(nèi)部的數(shù)據(jù)。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則中有一條是類的單一職責(zé)原則，所以我們要盡可能的去分解這些職責(zé)，用不同的類去承擔(dān)不同的職責(zé)。Iterator模式就是分離了集合對(duì)象的遍歷行為，抽象出一個(gè)迭代器類來(lái)負(fù)責(zé)，這樣既可以做到不暴露集合的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，又可讓外部代碼透明的訪問(wèn)集合內(nèi)部的數(shù)據(jù)。下面看一個(gè)簡(jiǎn)單的示意性例子，類結(jié)構(gòu)圖如下：
圖3 示例代碼結(jié)構(gòu)圖
首先有一個(gè)抽象的聚集，所謂的聚集就是就是數(shù)據(jù)的集合，可以循環(huán)去訪問(wèn)它。它只有一個(gè)方法GetIterator()讓子類去實(shí)現(xiàn)，用來(lái)獲得一個(gè)迭代器對(duì)象。
///
<summary>
///
抽象聚集
///
</summary>
public
interface
IList
{
IIteratorGetIterator();
}
抽象的迭代器，它是用來(lái)訪問(wèn)聚集的類，封裝了一些方法，用來(lái)把聚集中的數(shù)據(jù)按順序讀取出來(lái)。通常會(huì)有MoveNext()、CurrentItem()、Fisrt()、Next()等幾個(gè)方法讓子類去實(shí)現(xiàn)。
///
<summary>
///
抽象迭代器
///
</summary>
public
interface
IIterator
{
bool
MoveNext();
ObjectCurrentItem();
void
First();
void
Next();
}
具體的聚集，它實(shí)現(xiàn)了抽象聚集中的唯一的方法，同時(shí)在里面保存了一組數(shù)據(jù)，這里我們加上Length屬性和GetElement()方法是為了便于訪問(wèn)聚集中的數(shù)據(jù)。
///
<summary>
///
具體聚集
///
</summary>
public
class
ConcreteList:IList
{
int
[]list;
public
ConcreteList()
{
list
=
new
int
[]
{
1
,
2
,
3
,
4
,
5
}
;
}
public
IIteratorGetIterator()
{
return
new
ConcreteIterator(
this
);
}
public
int
Length
{
get
{
return
list.Length;}
}
public
int
GetElement(
int
index)
{
return
list[index];
}
}
具體迭代器，實(shí)現(xiàn)了抽象迭代器中的四個(gè)方法，在它的構(gòu)造函數(shù)中需要接受一個(gè)具體聚集類型的參數(shù)，在這里面我們可以根據(jù)實(shí)際的情況去編寫不同的迭代方式。
///
<summary>
///
具體迭代器
///
</summary>
public
class
ConcreteIterator:IIterator
{
private
ConcreteListlist;
private
int
index;
public
ConcreteIterator(ConcreteListlist)
{
this
.list
=
list;
index
=
0
;
}
public
bool
MoveNext()
{
if
(index
<
list.Length)
return
true
;
else
return
false
;
}
public
ObjectCurrentItem()
{
return
list.GetElement(index);
}
public
void
First()
{
index
=
0
;
}
public
void
Next()
{
if
(index
<
list.Length)
{
index
++
;
}
}
}
簡(jiǎn)單的客戶端程序調(diào)用：
///
<summary>
///
客戶端程序
///
</summary>
class
Program
{
static
void
Main(
string
[]args)
{
IIteratoriterator;
IListlist
=
new
ConcreteList();
iterator
=
list.GetIterator();
while
(iterator.MoveNext())
{
int
i
=
(
int
)iterator.CurrentItem();
Console.WriteLine(i.ToString());
iterator.Next();
}
Console.Read();
}
}
一個(gè)簡(jiǎn)單的迭代器示例就結(jié)束了，這里我們并沒(méi)有利用任何的.NET特性，在C#中，實(shí)現(xiàn)Iterator模式已經(jīng)不需要這么麻煩了，已經(jīng)C#語(yǔ)言本身就有一些特定的實(shí)現(xiàn)，下面會(huì)說(shuō)到。
.NET
中的Iterator模式
在.NET下實(shí)現(xiàn)Iterator模式，對(duì)于聚集接口和迭代器接口已經(jīng)存在了，其中IEnumerator扮演的就是迭代器的角色，它的實(shí)現(xiàn)如下：
public
interface
IEumerator
{
object
Current
{
get
;
}
bool
MoveNext();
void
Reset();
}
屬性Current返回當(dāng)前集合中的元素，Reset()方法恢復(fù)初始化指向的位置，MoveNext()方法返回值true表示迭代器成功前進(jìn)到集合中的下一個(gè)元素，返回值false表示已經(jīng)位于集合的末尾。能夠提供元素遍歷的集合對(duì)象，在.Net中都實(shí)現(xiàn)了IEnumerator接口。
IEnumerable
則扮演的就是抽象聚集的角色，只有一個(gè)GetEnumerator()方法，如果集合對(duì)象需要具備跌代遍歷的功能，就必須實(shí)現(xiàn)該接口。
public
interface
IEnumerable
{
IEumeratorGetEnumerator();
}
下面看一個(gè)在
.NET1.1
下的迭代器例子，Person類是一個(gè)可枚舉的類。PersonsEnumerator類是一個(gè)枚舉器類。這個(gè)例子來(lái)自于
http://www.theserverside.net/
，被我簡(jiǎn)單的改造了一下。
public
class
Persons:IEnumerable
{
public
string
[]m_Names;
public
Persons(
params
string
[]Names)
{
m_Names
=
new
string
[Names.Length];
Names.CopyTo(m_Names,
0
);
}
private
string
this
[
int
index]
{
get
{
return
m_Names[index];
}
set
{
m_Names[index]
=
value;
}
}
public
IEnumeratorGetEnumerator()
{
return
new
PersonsEnumerator(
this
);
}
}
public
class
PersonsEnumerator:IEnumerator
{
private
int
index
=
-
1
;
private
PersonsP;
public
PersonsEnumerator(PersonsP)
{
this
.P
=
P;
}
public
bool
MoveNext()
{
index
++
;
return
index
<
P.m_Names.Length;
}
public
void
Reset()
{
index
=
-
1
;
}
public
object
Current
{
get
{
return
P.m_Names[index];
}
}
}
來(lái)看客戶端代碼的調(diào)用：
class
Program
{
static
void
Main(
string
[]args)
{
PersonsarrPersons
=
new
Persons(
"
Michel
"
,
"
Christine
"
,
"
Mathieu
"
,
"
Julien
"
);
foreach
(
string
s
in
arrPersons)
{
Console.WriteLine(s);
}
Console.ReadLine();
}
}
程序?qū)⑤敵觯?
Michel
Christine
Mathieu
Julien
現(xiàn)在我們分析編譯器在執(zhí)行foreach語(yǔ)句時(shí)到底做了什么，它執(zhí)行的代碼大致如下：
class
Program
{
static
void
Main(
string
[]args)
{
PersonsarrPersons
=
new
Persons(
"
Michel
"
,
"
Christine
"
,
"
Mathieu
"
,
"
Julien
"
);
IEnumeratore
=
arrPersons.GetEnumerator();
while
(e.MoveNext())
{
Console.WriteLine((
string
)e.Current);
}
Console.ReadLine();
}
}
可以看到這段代碼跟我們最前面提到的示例代碼非常的相似。同時(shí)在這個(gè)例子中，我們把大部分的精力都花在了實(shí)現(xiàn)迭代器和可迭代的類上面，在.NET2.0下面，由于有了yield return關(guān)鍵字，實(shí)現(xiàn)起來(lái)將更加的簡(jiǎn)單優(yōu)雅。下面我們把剛才的例子在2.0下重新實(shí)現(xiàn)一遍：
public
class
Persons:IEnumerable
{
string
[]m_Names;
public
Persons(
params
string
[]Names)
{
m_Names
=
new
string
[Names.Length];
Names.CopyTo(m_Names,
0
);
}
public
IEnumeratorGetEnumerator()
{
foreach
(
string
s
in
m_Names)
{
yield
return
s;
}
}
}
class
Program
{
static
void
Main(
string
[]args)
{
PersonsarrPersons
=
new
Persons(
"
Michel
"
,
"
Christine
"
,
"
Mathieu
"
,
"
Julien
"
);
foreach
(
string
s
in
arrPersons)
{
Console.WriteLine(s);
}
Console.ReadLine();
}
}
程序?qū)⑤敵觯?
Michel
Christine
Mathieu
Julien
實(shí)現(xiàn)相同的功能，由于有了yield return關(guān)鍵字，變得非常的簡(jiǎn)單。好了，關(guān)于.NET中的Iterator模式就說(shuō)這么多了，更詳細(xì)的內(nèi)容大家可以參考相關(guān)的資料。
效果及實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)
1
．迭代抽象：訪問(wèn)一個(gè)聚合對(duì)象的內(nèi)容而無(wú)需暴露它的內(nèi)部表示。
2
．迭代多態(tài)：為遍歷不同的集合結(jié)構(gòu)提供一個(gè)統(tǒng)一的接口，從而支持同樣的算法在不同的集合結(jié)構(gòu)上進(jìn)行操作。
3
．迭代器的健壯性考慮：遍歷的同時(shí)更改迭代器所在的集合結(jié)構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題。
適用性
1
．訪問(wèn)一個(gè)聚合對(duì)象的內(nèi)容而無(wú)需暴露它的內(nèi)部表示。
2
．支持對(duì)聚合對(duì)象的多種遍歷。
3
．為遍歷不同的聚合結(jié)構(gòu)提供一個(gè)統(tǒng)一的接口(即, 支持多態(tài)迭代)。
總結(jié)
Iterator
模式就是分離了集合對(duì)象的遍歷行為，抽象出一個(gè)迭代器類來(lái)負(fù)責(zé)，這樣既可以做到不暴露集合的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，又可讓外部代碼透明的訪問(wèn)集合內(nèi)部的數(shù)據(jù)。
參考資料
Erich Gamma
等，《設(shè)計(jì)模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)》，機(jī)械工業(yè)出版社
Robert C.Martin
，《敏捷軟件開發(fā)：原則、模式與實(shí)踐》，清華大學(xué)出版社
閻宏，《Java與模式》，電子工業(yè)出版社
Alan Shalloway James R. Trott
，《Design Patterns Explained》，中國(guó)電力出版社
MSDN WebCast
《C#面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模式縱橫談(18)：Iterator 迭代器模式(行為型模式)》
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