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实战设计模式之迭代器模式

news 来源：原创 2025/8/25 11:40:45

概述

与上一篇介绍的解释器模式一样，迭代器模式也是一种行为设计模式。它提供了一种方法来顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而无需暴露该对象的内部表示。简而言之，迭代器模式允许我们遍历集合数据结构中的元素，而不必了解这些集合的底层实现细节。

音乐播放器是运用迭代器模式的一个典型例子：当我们使用音乐播放器听歌时，通常会有“下一首”、“上一首”的功能来切换歌曲。这里的歌曲播放列表就相当于一个聚合对象，而用于切换歌曲的功能就是迭代器。用户可以轻松地遍历整个播放列表，而无需了解歌曲是如何存储或排序的。

基本原理

迭代器模式的核心思想在于：提供一种相对“透明”的方法，以便顺序访问聚合对象中的每一个元素。通过这种方法，迭代器模式实现了遍历逻辑与数据结构之间的解耦，使得不同的聚合对象可以使用相同的遍历逻辑。另外，迭代器模式还支持多种元素遍历的策略。

迭代器模式主要由以下四个核心组件构成。

1、聚合接口。定义创建相应迭代器对象的接口，通常包含一个CreateIterator方法，用于返回一个迭代器实例。

2、具体聚合。实现了聚合接口，并负责生成一个具体的迭代器对象，这个迭代器能够遍历与该具体聚合相关的集合。具体聚合不仅持有集合的数据，还可能包含添加、删除元素等操作。

3、迭代器接口。定义了访问和遍历元素的接口，通常包括HasNext和Next两个基本方法。前者用来判断是否还有下一个元素，后者则返回当前元素，并指向下一个位置。还可能包括Remove方法，用于移除当前元素。

4、具体迭代器。实现了迭代器接口，并跟踪遍历的状态。具体迭代器必须记住它所遍历的聚合对象，并提供访问该聚合对象元素的方法。比如：具体迭代器可能会保存一个索引或指针，用以追踪当前遍历到的位置。

基于上面的核心组件，迭代器模式的实现主要有以下四个步骤。

1、定义聚合接口。首先需要定义一个聚合接口，其中至少包含一个CreateIterator方法。这个方法的作用是：为所有具体聚合类提供一种通用的方式来创建相应的迭代器。

2、实现具体聚合。实现一个或多个具体聚合类，这些类实现了上述聚合接口。每个具体聚合类都应包含自己的数据集合，并且要实现CreateIterator方法。

3、定义迭代器接口。定义一个迭代器接口，该接口应该包括遍历所需的基本方法，如HasNext和Next。如果有需要，还可以包括Remove方法。

4、实现具体迭代器。最后，我们需要为每个具体聚合实现一个具体的迭代器类。每个具体迭代器都应该实现迭代器接口，并维护遍历过程中的状态信息，比如：当前遍历的位置。

实战解析

在下面的实战代码中，我们使用迭代器模式模拟了音乐播放器的实现。

首先，我们定义了两个接口：Iterator和SongCollection。前者规定了迭代器应具备的基本操作，后者则定义了创建迭代器的方法CreateIterator。

接着，我们定义了具体聚合类ConcreteSongCollection。它实现了SongCollection接口，并包含一个私有的成员变量m_vctSong，用于存储歌曲列表。同时，声明了ConcreteIterator为友元类，以便直接访问其私有成员。

具体迭代器类ConcreteIterator实现了Iterator接口，维护对具体聚合对象的引用及当前迭代位置的迭代器m_itrCur。ConcreteIterator提供了具体的迭代逻辑，包括判断是否还有下一首歌、获取下一首歌、重置到列表开头的功能。

最后，PlayMusic函数模拟了音乐播放功能，通过调用迭代器的方法遍历并播放所有歌曲。在main函数中，实例化了具体的歌曲集合ConcreteSongCollection，添加了几首歌曲，并创建了对应的迭代器来执行播放操作。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>using namespace std;// 迭代器接口
class Iterator
{
public:virtual bool HasNext() = 0;virtual string Next() = 0;virtual void Reset() = 0;
};// 聚合接口
class SongCollection
{
public:virtual Iterator* CreateIterator() = 0;
};// 具体聚合
class ConcreteSongCollection : public SongCollection
{friend class ConcreteIterator;public:void AddSong(const string& strSong){m_vctSong.push_back(strSong);}Iterator* CreateIterator() override;private:vector<string> m_vctSong;
};// 具体迭代器
class ConcreteIterator : public Iterator
{
public:ConcreteIterator(const ConcreteSongCollection& collection): m_collection(collection), m_itrCur(m_collection.m_vctSong.begin()) {}bool HasNext() override{return m_itrCur != m_collection.m_vctSong.end();}string Next() override{if (HasNext()){return *(m_itrCur++);}return "";}void Reset() override{m_itrCur = m_collection.m_vctSong.begin();}private:ConcreteSongCollection m_collection;vector<string>::const_iterator m_itrCur;
};Iterator* ConcreteSongCollection::CreateIterator() 
{return new ConcreteIterator(*this);
}// 模拟音乐播放器播放歌曲列表
void PlayMusic(SongCollection& collection, Iterator* pIterator)
{cout << "Start playing music..." <<endl;while (pIterator->HasNext()){string strSong = pIterator->Next();cout << "Now playing: " << strSong <<endl;}// 回到第一个元素pIterator->Reset();
}int main()
{ConcreteSongCollection collection;collection.AddSong("Hey Jude");collection.AddSong("Imagine");collection.AddSong("Shape of You");Iterator* pIterator = collection.CreateIterator();PlayMusic(collection, pIterator);delete pIterator;return 0;
}

总结

迭代器模式将遍历集合的逻辑从聚合对象中分离出来，使得聚合对象不需要关心如何遍历其内部的数据结构。这增强了代码的封装性，减少了模块间的耦合度。由于遍历逻辑被移到了迭代器中，聚合对象的接口变得更加简洁明了，只需要提供创建迭代器的方法即可，而无需暴露复杂的遍历逻辑或内部实现细节。另外，同一聚合对象可以通过不同的迭代器实现不同的遍历方式（比如：顺序遍历、逆序遍历等），增加了系统的灵活性和适应性。

但引入迭代器模式可能会导致系统复杂度上升，尤其是在处理简单集合时，使用迭代器可能显得过于繁琐，增加了不必要的间接层。在某些情况下，尤其是当集合非常庞大时，创建多个迭代器实例可能会消耗较多的内存资源。特别要注意的是：如果迭代器在遍历时，修改了集合的内容，可能会引发一致性问题。

概述

基本原理

实战解析

总结

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