23种设计模式之迭代器模式

紫风

发布于 2025-10-14 18:37:21

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以下是 迭代器模式 (Iterator Pattern) 的详细介绍，包含定义、优缺点、应用场景及代码实现：

一、迭代器模式概述

英文名称：Iterator
核心目标：提供一种方法顺序访问聚合对象中的各个元素，而无需暴露其内部表示，实现遍历逻辑与聚合对象的解耦。
设计思想：将遍历职责委托给迭代器对象，支持不同方式遍历同一聚合结构。

二、优缺点

优点：

解耦遍历逻辑：客户端无需了解聚合对象的内部结构。
多遍历方式：同一聚合可支持多种迭代器（正序、逆序、过滤等）。
单一职责：聚合类专注数据存储，迭代器类专注遍历逻辑。

缺点：

类数量增加：每个聚合类需对应迭代器类，增加系统复杂度。
性能开销：迭代器调用链可能略微降低遍历效率。

三、应用场景

集合框架：如 Java 的 List、Set 通过 Iterator 遍历元素。
文件系统遍历：递归遍历目录中的文件和子目录。
树形结构访问：如 DOM 树的深度优先或广度优先遍历。
数据库查询结果集：逐行遍历查询结果。

四、代码实现与注释

以下通过 自定义书架的迭代遍历 案例演示迭代器模式：

1. 迭代器接口

/**
 * 迭代器接口：定义遍历集合的方法
 */
public interface Iterator<T> {
    boolean hasNext();    // 是否还有下一个元素
    T next();             // 获取下一个元素
    void remove();        // 移除当前元素（可选实现）
}

2. 聚合接口

/**
 * 聚合接口：定义创建迭代器的方法
 */
public interface Aggregate<T> {
    Iterator<T> createIterator();
}

3. 具体聚合类（书架）

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 具体聚合类：书架（存储书籍）
 */
public class BookShelf implements Aggregate<Book> {
    private final List<Book> books = new ArrayList<>();

    // 添加书籍
    public void addBook(Book book) {
        books.add(book);
    }

    // 创建迭代器（正序）
    @Override
    public Iterator<Book> createIterator() {
        return new BookShelfIterator(this);
    }

    // 获取书籍数量
    public int size() {
        return books.size();
    }

    // 根据索引获取书籍
    public Book getBookAt(int index) {
        return books.get(index);
    }
}

/**
 * 书籍类（数据模型）
 */
public class Book {
    private final String title;

    public Book(String title) {
        this.title = title;
    }

    public String getTitle() {
        return title;
    }
}

4. 具体迭代器类（正序遍历）

/**
 * 具体迭代器类：正序遍历书架
 */
public class BookShelfIterator implements Iterator<Book> {
    private final BookShelf bookShelf;
    private int currentIndex = 0;

    public BookShelfIterator(BookShelf bookShelf) {
        this.bookShelf = bookShelf;
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {
        return currentIndex < bookShelf.size();
    }

    @Override
    public Book next() {
        Book book = bookShelf.getBookAt(currentIndex);
        currentIndex++;
        return book;
    }

    @Override
    public void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException("该迭代器不支持删除操作");
    }
}

5. 客户端调用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建书架并添加书籍
        BookShelf shelf = new BookShelf();
        shelf.addBook(new Book("Java 编程思想"));
        shelf.addBook(new Book("设计模式：可复用面向对象软件的基础"));
        shelf.addBook(new Book("Effective Java"));

        // 获取迭代器并遍历
        Iterator<Book> iterator = shelf.createIterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Book book = iterator.next();
            System.out.println("书名：" + book.getTitle());
        }
    }
}

6. 输出结果

书名：Java 编程思想
书名：设计模式：可复用面向对象软件的基础
书名：Effective Java

五、模式结构图

+----------------+          +----------------+
|   Aggregate    | <------+ |   Iterator     |
+----------------+          +----------------+
| +createIterator()         | +hasNext()     |
+----------------+          | +next()        |
                            | +remove()      |
                            +----------------+
       ^                          ^
       |                          |
+----------------+          +----------------+
| ConcreteAggregate        | ConcreteIterator|
+----------------+          +----------------+
| +createIterator()         | -currentIndex  |
+----------------+          +----------------+