23行为型设计模式——迭代器模式

本文主要是介绍23行为型设计模式——迭代器模式，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

一、迭代器模式介绍

迭代器模式（Iterator Pattern）是一种行为型设计模式，旨在提供一种方法来顺序访问集合对象中的元素，而无需暴露集合的内部表示。简单来说，它允许你遍历一个集合中的所有元素而无需直接访问集合内部的结构。例如STL中的容器存在输入输出迭代器，包括双向迭代器、随机访问迭代器等，算法通过迭代器就可以以某种权限去访问容器中的数据。

GoF一书对迭代器模式的介绍

迭代器（Iterator）：定义了访问集合元素的接口，通常包括 next() （获取下一个元素）和First()（检查是否存在元素）方法。

具体迭代器（Concrete Iterator）：实现了迭代器接口，负责管理当前遍历的位置，并提供访问集合元素的具体实现。

集合（Aggregate）：定义一个创建迭代器对象的接口，通常包括一个CreateIterator()方法。

具体集合（Concrete Aggregate）：实现了集合接口，提供具体的集合对象，并返回相应的具体迭代器对象。

二、迭代器模式的设计方法

简化版结构图

设计迭代器模式c++代码实现如何定义和使用迭代器模式来遍历vector容器集合

iterator.cpp

#include <iostream>
#include <vector>// 抽象迭代器
class Iterator {
public:virtual ~Iterator() {}virtual void First() = 0;virtual void Next() = 0;virtual bool IsDone() const = 0;virtual int CurrentItem() const = 0;
};// 具体迭代器
class ConcreteIterator : public Iterator {
public:ConcreteIterator(std::vector<int>& collection) : collection_(collection), current_(0) {}void First() override {current_ = 0;}void Next() override {if (current_ < collection_.size()) {++current_;}}bool IsDone() const override {return current_ >= collection_.size();}int CurrentItem() const override {if (IsDone()) {throw std::out_of_range("Iterator out of range");}return collection_[current_];}private:std::vector<int>& collection_;size_t current_;
};// 抽象集合
class Aggregate {
public:virtual ~Aggregate() {}virtual Iterator* CreateIterator() = 0;
};// 具体集合
class ConcreteAggregate : public Aggregate {
public:void AddItem(int item) {items_.push_back(item);}Iterator* CreateIterator() override {return new ConcreteIterator(items_);}private:std::vector<int> items_;
};// 客户端
int main() {// 创建具体集合ConcreteAggregate aggregate;aggregate.AddItem(1);aggregate.AddItem(2);aggregate.AddItem(3);aggregate.AddItem(1);aggregate.AddItem(2);aggregate.AddItem(3);// 创建迭代器Iterator* iterator = aggregate.CreateIterator();// 使用迭代器遍历集合for (iterator->First(); !iterator->IsDone(); iterator->Next()) {std::cout << iterator->CurrentItem() << " ";}printf("\n");// 释放资源delete iterator;return 0;
}

运行效果

三、迭代器模式的应用场景

1. 遍历复杂集合

当需要遍历一个复杂的集合（如树形结构、图形结构）时，迭代器模式能够提供统一的遍历接口，使得遍历过程变得简单、清晰。例如，在图形编辑软件中，可能需要遍历图层中的所有图形对象，迭代器模式可以简化这个过程。

2. 支持多种遍历方式

如果需要对集合进行多种不同方式的遍历（如正序、倒序），迭代器模式能够通过不同的迭代器实现这些需求。例如，在一个播放列表应用中，可能需要正序播放、随机播放或反向播放，这些都可以通过不同的迭代器实现。

3. 不暴露集合的内部实现

当你希望对外提供集合的访问功能，但不希望暴露集合的内部数据结构时，迭代器模式是一个很好的选择。它可以隐藏集合的内部实现细节，只提供统一的访问接口。

4. 动态集合

在某些情况下，集合可能会在运行时动态变化（如实时更新的消息队列或日志系统）。迭代器模式允许你在不关心集合的具体实现或状态变化的情况下，逐一处理集合中的元素。例如，一个日志系统可以使用迭代器模式来遍历实时产生的日志条目。

5. 分步处理

有时，集合的处理可能需要分步进行，例如在处理大型数据集时，可以使用迭代器按需加载和处理数据。这样可以避免一次性加载整个数据集导致的内存问题。例如，在数据分页的场景中，可以按页遍历数据，减少内存占用。

6. 简化代码

通过将遍历逻辑封装在迭代器中，可以简化客户端代码，提高代码的可读性和维护性。客户端代码可以使用迭代器提供的标准方法（如Next()、hasNext()）来遍历集合，而不需要关心具体的集合实现细节。例如，在处理数据库查询结果时，使用迭代器可以简化结果集的遍历过程。

7. 复杂数据结构的处理

对于那些具有复杂结构的数据（如嵌套的对象或组合的对象），迭代器模式可以帮助简化数据的遍历过程。比如在一个组织结构图中，可能需要遍历所有的员工和部门，迭代器模式可以帮助实现这种复杂数据的遍历。

8. 并发处理

在需要对集合进行并发处理时，迭代器模式可以帮助提供一致的访问方式。虽然迭代器本身不是线程安全的，但可以结合其他设计模式（如锁机制或并发集合）来确保线程安全的遍历操作。