设计模式系列篇(十六)——迭代器模式

What

迭代器模式（Iterator Design Pattern），提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又无须暴露该对象的内部表示。该模式用来遍历集合对象。这里说的“集合对象”也可以叫“容器”“聚合对象”，实际上就是包含一组对象的对象，比如数组、链表、树、图、跳表。迭代器模式将集合对象的遍历操作从集合类中拆分出来，放到迭代器类中，让两者的职责更加单一。

Why

迭代器模式有以下几个优点：

它支持以不同的方式遍历一个聚合对象。
迭代器简化了聚合类。
在同一个聚合上可以有多个遍历。
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。

When

开篇的时候我们就讲了，迭代器模式适用于遍历一个聚合对象时使用。

How

一个完整的迭代器模式，一般会涉及容器和容器迭代器两部分内容。为了达到基于接口而非实现编程的目的，容器又包含容器接口、容器实现类，迭代器又包含迭代器接口、迭代器实现类。容器中需要定义 iterator() 方法，用来创建迭代器。迭代器接口中需要定义 hasNext()、currentItem()、next() 三个最基本的方法。容器对象通过依赖注入传递到迭代器类中。
我们知道，线性数据结构包括数组和链表，在大部分编程语言中都有对应的类来封装这两种数据结构，在开发中直接拿来用就可以了。假设在这种新的编程语言中，这两个数据结构分别对应 ArrayList 和 LinkedList 两个类。除此之外，我们从两个类中抽象出公共的接口，定义为 List 接口，以方便开发者基于接口而非实现编程，编写的代码能在两种数据存储结构之间灵活切换。现在，我们针对 ArrayList 和 LinkedList 两个线性容器，设计实现对应的迭代器。我们定义一个迭代器接口 Iterator，以及针对两种容器的具体的迭代器实现类 ArrayIterator 和 ListIterator。
具体代码如下：

public interface List<E> {
    Iterator<E> iterator();

    void add(E element);

    void remove(int index);

    E get(int index);

    int length();
}

public class ArrayList<E> implements List<E> {
    private Object[] array;
    private static final Integer DEFAULT_LENGTH = 10;
    private int len;

    public ArrayList() {
        array = new Object[DEFAULT_LENGTH];
        len = 0;
    }

    @Override
    public Iterator<E> iterator() {
        return new ArrayIterator<>(this);
    }

    @Override
    public void add(E element) {
        array[len++] = element;
    }

    @Override
    public void remove(int index) {
        int numMoved = len - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(array, index + 1, array, index,
                    numMoved);
        array[--len] = null;
    }

    @Override
    public E get(int index) {
        return (E) array[index];
    }

    @Override
    public int length() {
        return this.len;
    }
}

public interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();
    void next();
    E currentItem();
}

public class ArrayIterator<E> implements Iterator<E> {
    private int cursor;
    private ArrayList<E> arrayList;

    public ArrayIterator(ArrayList<E> arrayList) {
        this.arrayList = arrayList;
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {
        return cursor < arrayList.length();
    }

    @Override
    public void next() {
        cursor++;
    }

    @Override
    public E currentItem() {
        return arrayList.get(cursor);
    }
}

限于篇幅，这里给出的ArrayList的实现非常简单，甚至有些边界条件都没有处理，有兴趣的话，大家可以去看下java.util.ArrayList的实现。

测试类如下：

public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);

        Iterator iterator = list.iterator();
        while(iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.currentItem());
            iterator.next();
        }

        list.remove(0);
        iterator = list.iterator();
        while(iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.currentItem());
            iterator.next();
        }
    }
}

输出如下：

代码地址

i-learning

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