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迭代器模式-对象行为型

2024-08-10 23:41:32   217人阅读

原理

迭代子模式又叫游标(Cursor)模式，是对象的行为模式。迭代子模式可以顺序地访问一个聚集中的元素而不必暴露聚集的内部表象（internal representation）。

1）聚合是一个管理和组织数据对象的数据结构。
2）聚合对象主要拥有两个职责：一是存储内部数据；二是遍历内部数据。
3）存储数据是聚合对象最基本的职责。
4）将遍历聚合对象中数据的行为提取出来，封装到一个迭代器中，通过专门的迭代器来遍历聚合对象的内部数据，这就是迭代器模式的本质。迭代器模式是“单一职责原则”的完美体现。

分类

迭代模式有两种实现方式，分别是白箱聚集与外禀迭代子和黑箱聚集于内禀迭代子。

白箱聚集与外禀迭代子

　　如果一个聚集的接口提供了可以用来修改聚集元素的方法，这个接口就是所谓的宽接口。

　　如果聚集对象为所有对象提供同一个接口，也就是宽接口的话，当然会满足迭代子模式对迭代子对象的要求。但是，这样会破坏对聚集对象的封装。这种提供宽接口的聚集叫做白箱聚集。聚集对象向外界提供同样的宽接口，如下图所示：

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　　由于聚集自己实现迭代逻辑，并向外部提供适当的接口，使得迭代子可以从外部控制聚集元素的迭代过程。这样一来迭代子所控制的仅仅是一个游标而已，这种迭代子叫做游标迭代子（Cursor Iterator）。由于迭代子是在聚集结构之外的，因此这样的迭代子又叫做外禀迭代子（Extrinsic Iterator）。

　　现在看一看白箱聚集与外禀迭代子的实现。一个白箱聚集向外界提供访问自己内部元素的接口（称作遍历方法或者Traversing Method），从而使外禀迭代子可以通过聚集的遍历方法实现迭代功能。

　　因为迭代的逻辑是由聚集对象本身提供的，所以这样的外禀迭代子角色往往仅仅保持迭代的游标位置。

　　一个典型的由白箱聚集与外禀迭代子组成的系统如下图所示，在这个实现中具体迭代子角色是一个外部类，而具体聚集角色向外界提供遍历聚集元素的接口。

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迭代子模式涉及到以下几个角色：

　　●　　抽象迭代子(Iterator)角色：此抽象角色定义出遍历元素所需的接口。

　　●　　具体迭代子(ConcreteIterator)角色：此角色实现了Iterator接口，并保持迭代过程中的游标位置。

　　●　　聚集(Aggregate)角色：此抽象角色给出创建迭代子(Iterator)对象的接口。

　　●　　具体聚集(ConcreteAggregate)角色：实现了创建迭代子(Iterator)对象的接口，返回一个合适的具体迭代子实例。

　　●　　客户端(Client)角色：持有对聚集及其迭代子对象的引用，调用迭代子对象的迭代接口，也有可能通过迭代子操作聚集元素的增加和删除。

 

一个常常会问的问题是：既然白箱聚集已经向外界提供了遍历方法，客户端已经可以自行进行迭代了，为什么还要应用迭代子模式，并创建一个迭代子对象进行迭代呢？

客户端当然可以自行进行迭代，不一定非得需要一个迭代子对象。但是，迭代子对象和迭代模式会将迭代过程抽象化，将作为迭代消费者的客户端与迭代负责人的迭代子责任分隔开，使得两者可以独立的演化。在聚集对象的种类发生变化，或者迭代的方法发生改变时，迭代子作为一个中介层可以吸收变化的因素，而避免修改客户端或者聚集本身。

此外，如果系统需要同时针对几个不同的聚集对象进行迭代，而这些聚集对象所提供的遍历方法有所不同时，使用迭代子模式和一个外界的迭代子对象是有意义的。具有同一迭代接口的不同迭代子对象处理具有不同遍历接口的聚集对象，使得系统可以使用一个统一的迭代接口进行所有的迭代

黑箱聚集与内禀迭代子

　　如果一个聚集的接口没有提供修改聚集元素的方法，这样的接口就是所谓的窄接口。

　　聚集对象为迭代子对象提供一个宽接口，而为其他对象提供一个窄接口。换言之，聚集对象的内部结构应当对迭代子对象适当公开，以便迭代子对象能够对聚集对象有足够的了解，从而可以进行迭代操作。但是，聚集对象应当避免向其他的对象提供这些方法，因为其他对象应当经过迭代子对象进行这些工作，而不是直接操控聚集对象。

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　　在JAVA语言中，实现双重接口的办法就是将迭代子类设计成聚集类的内部成员类。这样迭代子对象将可以像聚集对象的内部成员一样访问聚集对象的内部结构。这种同时保证聚集对象的封装和迭代子功能的实现的方案叫做黑箱实现方案。

　　由于迭代子是聚集的内部类，迭代子可以自由访问聚集的元素，所以迭代子可以自行实现迭代功能并控制对聚集元素的迭代逻辑。由于迭代子是在聚集的结构之内定义的，因此这样的迭代子又叫做内禀迭代子（Intrinsic Iterator）。

　　为了说明黑箱方案的细节，这里给出一个示意性的黑箱实现。在这个实现里，聚集类ConcreteAggregate含有一个内部成员类ConcreteIterator，也就是实现了抽象迭代子接口的具体迭代子类，同时聚集并不向外界提供访问自己内部元素的方法。

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Fail Fast

　　如果一个算法开始之后，它的运算环境发生变化，使得算法无法进行必需的调整时，这个算法就应当立即发出故障信号。这就是Fail Fast的含义。

　　如果聚集对象的元素在一个动态迭代子的迭代过程中发生变化时，迭代过程会受到影响而变得不能自恰。这时候，迭代子就应当立即抛出一个异常。这种迭代子就是实现了Fail Fast功能的迭代子。

 

优缺点

迭代器模式的优点：
1 ) 它支持以不同的方式遍历一个聚合对象 ： 复杂的聚合可用多种方式进行遍历。迭代器模式使得改变遍历算法变得很容易 : 仅需用一个不同的迭代器的实例代替原先的实例即可。你也可以自己定义迭代器的子类以支持新的遍历。
2) 迭代器简化了聚合的接口 有了迭代器的遍历接口，聚合本身就不再需要类似的遍历接口了。这样就简化了聚合的接口。
3) 在同一个聚合上可以有多个遍历 每个迭代器保持它自己的遍历状态。因此你可以同时进行多个遍历。
4）在迭代器模式中，增加新的聚合类和迭代器类都很方便，无须修改原有代码，满足“开闭原则”的要求。
迭代器模式的缺点
由于迭代器模式将存储数据和遍历数据的职责分离，增加新的聚合类需要对应增加新的迭代器类，类的个数成对增加，这在一定程度上增加了系统的复杂性。

 

与其他相关模式的区别

Composite ：迭代器常被应用到象复合这样的递归结构上。
Factory Method：多态迭代器靠Factory Method来例化适当的迭代器子类。
Memento：常与迭代器模式一起使用。迭代器可使用一个 Memento来捕获一个迭代的状态。迭代器在其内部存储Memento。

 

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