【设计模式攻略】行为型模式之Iterator模式

概要

程序中最常见的一种数据形式之一，就是集合。集合就是vector，list，set，map等容器的统称。使用容器都有一个常规的问题，就是对容器内数据的访问，包括查询，遍历等等操作。而要实现这些操作，普遍的做法就是通过迭代器来实现。很多人在封装自定义的某种集合的数据类型时，往往会在集合类型中额外增加遍历，查询的接口，但这种做法其实并不属于迭代器的范畴。常规的迭代器应该具备如下特点：

1. 通过迭代器来访问数据集合的内容，而不需要暴露数据集合本身的内部类型

2. 支持多线同时对同一集合的遍历，互不影响

3. 提供统一的接口来实现各种集合内数据的访问

目的

提供一种访问内聚集合中各个成员的方法，而不需要暴露集合成员本身的数据类型。

实例

迭代器的实现方式有很多，而且基于不同语言的语法特性，不同语言的实现方式也有所不同，JDK中对各类Collection的迭代器的实现，C++ STL中对各类容器的迭代器的实现等等都是其中的经典。当然，不管实现方式如何，目的都是一致的。为了说明迭代器模式本身，我们也来看一下C++的一种最基本的实现方式。

假设我们迭代器的接口类为IIterator， 包含迭代器的常规方法，如下：

template <typename Type>
class IIterator {
public :
    virtual void first() = 0;
    virtual void next() = 0;
    virtual bool is_available() const = 0 ;
    virtual Type current_item() const = 0;
};

由于C++不存在根对象（类似Jave中的Object），所以通过模板来通用化的实现。有了接口类，我们就可以为所需要的类型实现对应的迭代器，比如如果需要vector的迭代器，则可以如下来实现：

template<typename Type>
class VecIterator : public IIterator<Type> {
public:
      VecIterator( const std::vector<Type>* vec) : m_current(0), m_vec(vec) {}
       virtual void first() {
            m_current = 0;
      }
       virtual void next() {
            m_current++;
      }
       virtual bool is_available() const {
             return (m_current < m_vec->size());
      }
       virtual Type current_item() const {
             if (!this ->is_available()) {
                   throw;
            }
             return (*m_vec)[m_current];
      }

private:
       long m_current;
       const std::vector<Type>* m_vec;
};

这里is_available方法是用来判断当前成员是否有效，索引越界则代表无效。同时如果我们要实现List的迭代器也是一样，从IIterator派生出ListIterator然后实现相关操作就ok了。

从上面实现代码可以看出，迭代器类的构造函数需要具体容器对象作为参数，也就是说迭代器对象本身都是依赖于具体容器对象的，所以一般而言不建议由用户如下来自己定义迭代器对象：

vector<int> ivec(10,1);
VecIterator< int>* it = new VecIterator<int>(&ivec);

而比较合理的是在容器类本身提供创建对应迭代器的方法，比如在vector类中通过create_iterator()方法来得到vector的迭代器:

template<typename Type>
class vector : public XXXX {
......
     VecIterator<Type> create_iterator() {
          return VecIterator<Type>(this);
     }
......
}

在实际代码中则可以如下使用：

vector< int> ivec(10,1);
VecIterator<int> it = ivec.create_iterator();

但是如果想让create_iterator称为容器接口类的抽象方法时，则根据依赖倒置原则，方法的定义应该依赖于抽象迭代器类型，而非具体容器的迭代器类型，与之所对应的，为了保证多态性，返回值需要是指针类型，如下所示：

Iterator<Type>* create_iterator() {
    return new VecIterator<Type>(this);
}

然而，这样又带来另外一个问题，因为C++不存在垃圾自动回收机制，那么如何保证迭代器对象被销毁呢？方法之一是额外封装迭代器指针包装类，类似最简化的不含引用计数的智能指针，具体实现这里就不多做说明了，相关资料比较多，特别需要的可以给我留言。唉，这也是C++比之Java之类的麻烦之处，一样的代码，需要反复斟酌才能较好的实现，其实敢兴趣的话可以参考下STL中各种iterator的实现，那才是艺术。

迭代器模式通常实现形式的类图表现如下：

应用

关于迭代器的应用，多说一个字都是废话，没用过的话确实不好意思说自己写过程序。