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今天来介绍迭代器模式(Iterator Design Pattern
),它还有另一个名字,叫作游标模式(Cursor Design Pattern
)。
1,遍历集合元素
现在的高级语言(比如 C++
,Java
,Python
等)都支持很多种集合(比如 List
,Map
,Set
等),用于存储对象。
同时这些高级语言也都原生支持了迭代器,这使得遍历集合变得非常简单。
下面我们来看下,如果不使用迭代器,如何遍历集合。
以 Java ArrayList
为例,创建 list
,并加入 5 个元素:
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(5);
用 for 循环遍历 list
:
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println(list.get(i));
}
如果不用迭代器,只能使用 get
方法,将集合中的元素一个个取出。
如果使用迭代器遍历元素,就可以像下面这样:
Iterator<Integer> i = list.iterator();
while (i.hasNext()) {
System.out.println(i.next());
}
先用 iterator
方法返回迭代器,再用 hasNext
方法查看迭代器中是否还有元素,如果有元素则用 next
方法取出元素。
更简单的方式是使用 forEeah
循环:
for (Object i: list) {
System.out.println(i);
}
forEach 循环(对迭代器的一种包装)是 Java 5 中引入的遍历集合的方式,这种方式不再需要获取迭代器,甚至不需要知道所遍历的是哪种数据结构,也不需知道其中存储的是什么类型的数据。
Java 集合框架与迭代器
Java 中的 Set
,List
,Queue
都实现了 Collection
接口,该接口中的 iterator
方法返回一个迭代器,用于遍历集合中的元素。
这使得所有的 Collection
对象的遍历都变得非常简单,使用 forEach
循环即可:
for (Object o: collection) {
// 遍历元素
}
2,迭代器模式
迭代器模式提供了一种方法,用于遍历集合对象中的元素,而又不暴露其内部的细节。
一般的迭代器都要实现一个迭代器接口,该接口至少包含两个方法,即 hasNext
和 next
:
public interface Iterator {
boolean hasNext();
Object next();
}
hasNext
方法用于查看集合中是否还有下一个元素;next
方法用于返回集合中的下一个元素,并移动指向元素的游标。
Java 中的 Iterator 接口中还有一个
remove
方法,其实这个方法的必要性并不大,所以它的默认实现是抛出UnsupportedOperationException
异常。因此,对于remove
方法,不需要给予太多的关注。
这使得每个集合中的元素的访问方式都是统一的。
一个完整的迭代器模式一般会包含集合与迭代器两部分,为了达到基于接口而非实现编程的原则,还抽象出了两个接口,其类图如下:
Collection 中的 iterator
方法用于返回当前对象的迭代器,从而遍历集合中的元素。
迭代器模式将集合对象的遍历操作从集合类中拆分出来,放到迭代器类中,使得两者的职责更加单一。
这其实用到了单一职责原则:一个类应该只有一个引起变化的原因。
3,迭代器不支持增删
迭代器的目的是为了方便元素的遍历,而如果在遍历的过程中增删元素,则会导致元素重复遍历或者遍历不到。
下面来看下这种错误是如何产生的。
假设一个列表中有 a
,b
,c
,d
四个元素,我们从前往后遍历。刚开始时,游标 cursor
指向 a
:
当遍历到 b
时,cursor
指向 b
:
遍历时删除元素
如果此时将 a
元素删除,那么所有其它元素都会前移一个位置:
从而,这时的游标就会指向 c
,这就会导致 b
没有被遍历到。
遍历时增加元素
如果在遍历到 b
的时候,在表头增加一个元素 x
,那么所有的元素都会后移一个位置:
从而,这时的游标依然是指向 a
,这就会导致 a
被重复遍历了。
因此,在使用迭代器遍历元素的时候都会禁止增删元素。
Java 如何禁止增删元素
为了禁止在遍历时增删元素,Java 的做法是,在遍历元素时会进行 checkForXXX
操作,目的是检查是否有元素增删,如果有增删的情况,则抛出异常。
4,总结
迭代器模式是为了方便元素的遍历,它统一了集合的遍历方式。它将元素的遍历操作从集合中拆分出来,从而使得两者得以解耦。
大部分高级语言都原生支持迭代器,这使得开发人员可以专注于业务实现,而不用过多的关心底层实现。
如果在迭代器的遍历过程中增删元素,则会导致元素的遍历发生错误,因此迭代器中一般不支持增删元素。
(本节完。)
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