【Python设计模式18】迭代器模式

最新推荐文章于 2025-04-03 18:03:24 发布

一碗姜汤

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分类专栏：设计模式文章标签： python 设计模式迭代器模式

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迭代器模式（Iterator Pattern）是一种行为型设计模式，它提供了一种方法，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。迭代器模式将遍历聚合对象的任务交给迭代器对象，聚合对象提供一个接口来创建迭代器。

迭代器模式的结构

迭代器模式主要包括以下几个角色：

迭代器接口（Iterator）：定义访问和遍历元素的接口。
具体迭代器（Concrete Iterator）：实现迭代器接口，负责遍历聚合对象中的元素。
聚合接口（Aggregate）：定义创建迭代器对象的接口。
具体聚合（Concrete Aggregate）：实现聚合接口，返回一个具体迭代器的实例。

迭代器模式的示例

假设我们有一个书籍集合，需要遍历集合中的每一本书。我们可以使用迭代器模式来实现这一需求。

定义迭代器接口

from abc import ABC, abstractmethod

class Iterator(ABC):
    @abstractmethod
    def has_next(self) -> bool:
        pass

    @abstractmethod
    def next(self):
        pass

定义具体迭代器

class BookIterator(Iterator):
    def __init__(self, books):
        self._books = books
        self._index = 0

    def has_next(self) -> bool:
        return self._index < len(self._books)

    def next(self):
        if not self.has_next():
            raise StopIteration
        book = self._books[self._index]
        self._index += 1
        return book

定义聚合接口

class Aggregate(ABC):
    @abstractmethod
    def create_iterator(self) -> Iterator:
        pass

定义具体聚合

class BookCollection(Aggregate):
    def __init__(self):
        self._books = []

    def add_book(self, book):
        self._books.append(book)

    def create_iterator(self) -> Iterator:
        return BookIterator(self._books)

使用迭代器模式

def main():
    book1 = "Book 1"
    book2 = "Book 2"
    book3 = "Book 3"

    collection = BookCollection()
    collection.add_book(book1)
    collection.add_book(book2)
    collection.add_book(book3)

    iterator = collection.create_iterator()

    while iterator.has_next():
        book = iterator.next()
        print(book)

if __name__ == "__main__":
    main()

在这个示例中，Iterator是迭代器接口，定义了遍历元素的方法。BookIterator是具体迭代器，实现了遍历BookCollection的方法。Aggregate是聚合接口，定义了创建迭代器的方法。BookCollection是具体聚合，实现了创建具体迭代器实例的方法。客户端通过迭代器来遍历书籍集合中的每一本书。

迭代器模式的优缺点

优点

分离遍历逻辑：将遍历逻辑与聚合对象分离，简化了聚合对象的设计。
一致的遍历接口：通过一致的接口进行遍历，不需要知道聚合对象的具体实现。
支持多种遍历方式：可以实现不同的迭代器来支持不同的遍历方式。

缺点

开销：引入额外的迭代器对象，可能会增加系统的开销。
复杂性：对于简单的聚合对象，使用迭代器模式可能会增加系统的复杂性。

迭代器模式的适用场景

遍历复杂对象：当需要遍历一个复杂对象，且不希望暴露其内部结构时，可以使用迭代器模式。
支持多种遍历方式：当需要支持多种遍历方式时，可以使用迭代器模式，通过实现不同的迭代器来实现。
统一遍历接口：当需要提供统一的遍历接口时，可以使用迭代器模式，简化客户端代码。

Python中的迭代器

Python中已经内置了迭代器协议，可以通过实现__iter__和__next__方法来创建迭代器。以下是一个简单的示例：

class BookCollection:
    def __init__(self):
        self._books = []

    def add_book(self, book):
        self._books.append(book)

    def __iter__(self):
        return BookIterator(self._books)

class BookIterator:
    def __init__(self, books):
        self._books = books
        self._index = 0

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self._index >= len(self._books):
            raise StopIteration
        book = self._books[self._index]
        self._index += 1
        return book

def main():
    book1 = "Book 1"
    book2 = "Book 2"
    book3 = "Book 3"

    collection = BookCollection()
    collection.add_book(book1)
    collection.add_book(book2)
    collection.add_book(book3)

    for book in collection:
        print(book)

if __name__ == "__main__":
    main()