【Java教程】Day9-14 集合：集合迭代器模式 —— 统一遍历不同集合类型

Java 中的集合类提供了强大的数据操作功能，其中迭代器（Iterator）模式是实现集合遍历的一种重要设计模式。通过迭代器，我们能够以统一的方式遍历不同的集合，而不需要关心集合的具体存储实现。本文将详细介绍 Java 集合的迭代器机制，并通过代码示例解释如何使用它。

1. 什么是迭代器模式？

迭代器（Iterator）模式是一种设计模式，目的是提供一种方法，允许以统一的方式访问集合中的元素，而不暴露集合的内部实现。Java 中的 Iterator 接口和 Iterable 接口正是实现这一模式的核心。

2. 为什么需要迭代器？

在 Java 中，集合类（如 List、Set、Queue）的内部实现方式各不相同。例如，ArrayList 使用数组来存储元素，而 LinkedList 则使用链表。对于这些集合，我们通常需要不同的遍历方式来访问其中的元素。

如果我们直接使用 for 循环遍历集合，代码就需要了解集合内部的存储结构，例如：

javafor (int i = 0; i < list.size(); i++) {    Object value = list.get(i);}

然而，这样的代码存在以下问题：

• 集合的内部实现依赖性：代码依赖于集合的具体存储结构（如 ArrayList 的数组索引）。

• 不可扩展性：如果我们将 ArrayList 替换为 LinkedList，上述代码可能会变得低效，甚至不能工作，因为 LinkedList 不支持通过索引直接访问元素。

因此，Java 引入了迭代器模式，使用 Iterator 来避免这些问题。无论集合的内部实现如何变化，使用 Iterator 都能保证统一的访问方式。

 

3. 迭代器的使用

3.1 使用 for-each 循环遍历集合

Java 的集合类都实现了 Iterable 接口，从而支持 for-each 循环。以 List 为例，代码如下：

javaList<String> list = List.of("Apple", "Orange", "Pear");for (String s : list) {    System.out.println(s);}

这段代码使用 for-each 循环遍历 List 集合。尽管 for-each 循环提供了简洁的语法，但它实际上在编译时被转换为通过 Iterator 进行遍历的代码：

javafor (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {     String s = it.next();     System.out.println(s);}

 

3.2 如何实现自定义的集合类的迭代器

要支持 for-each 循环，我们需要实现 Iterable 接口，并返回一个合适的 Iterator 实例。下面是一个简单的自定义集合类 ReverseList 的示例，演示了如何倒序遍历集合：

javaimport java.util.*;​public class Main {    public static void main(String[] args) {        ReverseList<String> rlist = new ReverseList<>();        rlist.add("Apple");        rlist.add("Orange");        rlist.add("Pear");                for (String s : rlist) {            System.out.println(s);        }    }}​class ReverseList<T> implements Iterable<T> {    private List<T> list = new ArrayList<>();        public void add(T t) {        list.add(t);    }​    @Override    public Iterator<T> iterator() {        return new ReverseIterator(list.size());    }​    class ReverseIterator implements Iterator<T> {        int index;                ReverseIterator(int index) {            this.index = index;        }​        @Override        public boolean hasNext() {            return index > 0;        }​        @Override        public T next() {            index--;            return ReverseList.this.list.get(index);        }    }}

在上面的示例中，ReverseList 类实现了 Iterable 接口，返回一个 ReverseIterator 对象，它通过倒序遍历 list 中的元素。

 

4. 迭代器的工作原理

• iterator() 方法：每次调用都会返回一个新的 Iterator 实例，这个实例知道如何遍历集合。

• hasNext() 方法：判断是否还有下一个元素可以遍历。

• next() 方法：返回下一个元素，并将迭代器的游标向前移动。

 

5. 为什么使用内部类实现 Iterator

在实现自定义迭代器时，常常使用内部类来实现 Iterator 接口。内部类可以直接访问外部类的字段和方法，这使得 Iterator 能够方便地访问集合内部的数据结构。比如，在上述 ReverseIterator 中，我们通过 ReverseList.this.list 访问 ReverseList 的内部列表。

 

6. 迭代器模式的优点

a. 统一访问方式：无论集合内部如何变化，使用 Iterator 可以确保统一的访问方式。

b. 隐藏集合的实现细节：调用方无需知道集合的存储结构，Iterator 提供了一种抽象的访问模型。

c. 支持多种集合类型：不同的集合（如 List、Set、Queue）都可以通过 Iterator 进行统一的遍历。

 

7. 小结

迭代器模式是 Java 集合框架的核心组成部分，通过实现 Iterable 接口并返回一个 Iterator 实例，Java 提供了一种简洁且高效的方式来遍历集合。使用迭代器，我们可以避免直接操作集合的存储结构，同时实现对不同类型集合的统一遍历。无论是在系统内部还是自定义集合类时，迭代器模式都能提供强大的灵活性和扩展性。

通过本篇教程，你已经掌握了如何使用 Iterator 模式遍历集合、实现自定义集合的迭代器，并理解了它在 Java 中的应用和优势。