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【设计模式】【行为型模式】迭代器模式（Iterator）

news 来源：原创 2025/5/14 11:44:40

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文章目录

一、入门
什么是迭代器模式？
为什么要迭代器模式？
怎么实现迭代器模式？

二、迭代器模式在源码中的运用
Java 集合框架（Java Collections Framework）
Java集合框架迭代器的使用
Java集合框架迭代器的源码实现

三、总结
迭代器模式的优点
迭代器模式的缺点
迭代器模式的典型应用场景

一、入门

什么是迭代器模式？

迭代器模式（Iterator Pattern）是一种行为设计模式，它提供了一种顺序访问聚合对象中元素的方法，而不需要暴露其底层表示。迭代器模式将遍历逻辑从聚合对象中分离出来，使得聚合对象可以专注于数据存储，而迭代器负责遍历。

为什么要迭代器模式？

在没有迭代器模式的情况下，客户端代码需要直接依赖书架的内部结构（如数组或列表）来遍历书籍。这种方式会导致遍历逻辑与书架类耦合。

// 书籍类
class Book {private String name;public Book(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}
}// 书架类
class BookShelf {private Book[] books;private int size;public BookShelf(int capacity) {books = new Book[capacity];size = 0;}public void addBook(Book book) {if (size < books.length) {books[size++] = book;}}// 暴露内部数组public Book[] getBooks() {return books;}// 暴露书架大小public int getSize() {return size;}
}// 客户端代码
public class LibraryWithoutIterator {public static void main(String[] args) {BookShelf bookShelf = new BookShelf(3);bookShelf.addBook(new Book("Design Patterns"));bookShelf.addBook(new Book("Clean Code"));bookShelf.addBook(new Book("Refactoring"));// 直接依赖书架的内部结构（数组）进行遍历Book[] books = bookShelf.getBooks();for (int i = 0; i < bookShelf.getSize(); i++) {System.out.println(books[i].getName());}}
}

存在的问题

耦合性强：客户端代码直接依赖书架的内部结构（数组），如果书架的存储结构改为链表，客户端代码也需要修改。
破坏封装性：书架类暴露了内部数据（数组和大小），客户端代码可以直接操作这些数据，可能导致数据不一致。
无法统一遍历接口：如果图书馆中有多种存储结构（如书架、电子书库等），客户端代码需要为每种结构编写特定的遍历逻辑。

怎么实现迭代器模式？

迭代器模式的组成：

迭代器接口（Iterator Interface）：定义了遍历元素所需的操作，如next()、hasNext()等。
具体迭代器（Concrete Iterator）：实现迭代器接口，负责管理当前遍历的位置。
聚合接口（Aggregate Interface）：定义了创建迭代器的方法，如createIterator()。
具体聚合类（Concrete Aggregate）：实现聚合接口，返回一个具体迭代器的实例。

【案例】图书管理 - 改
在这里插入图片描述
迭代器接口（Iterator Interface）：Iterator迭代器接口，定义遍历聚合对象所需的方法。

interface Iterator<T> {boolean hasNext();T next();
}
具体迭代器（Concrete Iterator）：BookShelfIterator 类，实现迭代器接口，负责管理当前遍历的位置，并实现具体的遍历逻辑。
// 具体迭代器
class BookShelfIterator implements Iterator<Book> {private BookShelf bookShelf; // 关联的具体聚合类private int currentIndex = 0; // 当前遍历的位置// 构造函数，传入具体聚合类public BookShelfIterator(BookShelf bookShelf) {this.bookShelf = bookShelf;}@Overridepublic boolean hasNext() {return currentIndex < bookShelf.getSize(); // 判断是否还有下一个元素}@Overridepublic Book next() {Book book = bookShelf.getBookAt(currentIndex); // 获取当前元素currentIndex++; // 移动游标return book;}
}

聚合接口（Aggregate Interface）: Aggregate接口，定义创建迭代器的方法。

// 聚合接口
interface Aggregate<T> {Iterator<T> createIterator(); // 创建迭代器
}
具体聚合类（Concrete Aggregate）：BookShelf类，实现聚合接口，负责存储和管理数据，并提供创建迭代器的方法。
// 具体聚合类
class BookShelf implements Aggregate<Book> {private Book[] books; // 存储书籍的数组private int size;      // 当前书籍数量// 构造函数，初始化书架容量public BookShelf(int capacity) {books = new Book[capacity];size = 0;}// 添加书籍public void addBook(Book book) {if (size < books.length) {books[size++] = book;}}// 获取指定位置的书籍public Book getBookAt(int index) {return books[index];}// 获取当前书籍数量public int getSize() {return size;}// 实现聚合接口，创建迭代器@Overridepublic Iterator<Book> createIterator() {return new BookShelfIterator(this); // 将当前书架对象传递给迭代器}
}

Book类

class Book {private String name;public Book(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}
}

测试类

// 客户端代码
public class LibraryDemo {public static void main(String[] args) {// 创建一个书架BookShelf bookShelf = new BookShelf(3);bookShelf.addBook(new Book("Design Patterns"));bookShelf.addBook(new Book("Clean Code"));bookShelf.addBook(new Book("Refactoring"));// 创建迭代器Iterator<Book> iterator = bookShelf.createIterator();// 使用迭代器遍历书架System.out.println("Books in BookShelf:");while (iterator.hasNext()) {Book book = iterator.next();System.out.println(book.getName());}}
}

输出结果

Books in BookShelf:
Design Patterns
Clean Code
Refactoring

二、迭代器模式在源码中的运用

Java 集合框架（Java Collections Framework）

Java集合框架迭代器的使用

Java 的集合框架（如 ArrayList、LinkedList、HashSet 等）广泛使用了迭代器模式。每个集合类都实现了 Iterable 接口，并提供了 iterator() 方法来返回一个迭代器。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;public class JavaCollectionExample {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("Apple");list.add("Banana");list.add("Cherry");// 使用迭代器遍历集合Iterator<String> iterator = list.iterator();while (iterator.hasNext()) {System.out.println(iterator.next());}}
}

Java集合框架迭代器的源码实现

Iterable接口：定义了iterator()方法，用于返回一个迭代器。

public interface Iterable<T> {Iterator<T> iterator();
}

Iterator接口：定义了遍历集合的方法，如hasNext()和next()。

public interface Iterator<E> {boolean hasNext();E next();void remove(); // 可选操作
}

ArrayList中的迭代器实现：

public Iterator<E> iterator() {return new Itr();
}private class Itr implements Iterator<E> {int cursor;       // 当前遍历的位置int lastRet = -1; // 上一次返回的元素索引public boolean hasNext() {return cursor != size;}public E next() {// 返回当前元素，并移动游标// ...}public void remove() {// 删除上一次返回的元素// ...}
}

三、总结

迭代器模式的优点

解耦遍历逻辑与聚合对象：
- 将遍历逻辑从聚合对象中分离出来，聚合对象可以专注于数据存储，而迭代器负责遍历。
- 符合单一职责原则。
统一遍历接口：
- 提供了一种统一的方式来遍历不同类型的聚合对象（如数组、链表、树等）。
- 客户端代码无需关心聚合对象的内部结构。
支持多种遍历方式：
- 可以为同一个聚合对象定义多个迭代器，实现不同的遍历方式（如正序遍历、逆序遍历、深度优先遍历等）。
增强封装性：
- 隐藏了聚合对象的内部结构，客户端代码只能通过迭代器访问元素，无法直接操作聚合对象的内部数据。
开闭原则：
- 新增聚合类和迭代器类不会影响现有代码，易于扩展。

迭代器模式的缺点

增加复杂性：
- 对于简单的聚合对象，使用迭代器模式可能会增加代码复杂性。
- 如果遍历逻辑非常简单，直接使用 for 循环可能更直观。
性能开销：
- 迭代器模式可能会引入额外的性能开销，尤其是在遍历大型数据集时。
不适合频繁修改的聚合对象：
- 如果聚合对象在遍历过程中频繁修改（如添加或删除元素），可能会导致迭代器失效或抛出异常。

迭代器模式的典型应用场景

集合框架：
- Java 的集合框架（如 ArrayList、LinkedList、HashSet 等）广泛使用了迭代器模式。
文件系统遍历：
- 遍历文件系统中的目录和文件时，可以使用迭代器模式封装遍历逻辑。
数据库查询结果遍历：
- 遍历数据库查询结果集时，可以使用迭代器模式提供统一的遍历接口。
树形结构遍历：
- 遍历树形结构（如 DOM 树、组织结构树等）时，可以使用迭代器模式支持多种遍历方式（如深度优先遍历、广度优先遍历等）。

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