设计模式 -- 迭代器模式（Iterator Pattern）

1 问题引出

编写程序展示一个学校院系结构：需求是这样，要在一个页面中展示出学校的院系组成，一个学校有多个学院，一个学院有多个系

传统方式实现

将学院看做是学校的子类，系是学院的子类，这样实际上是站在组织大小来进行分层次的
实际上我们的要求是：在一个页面中展示出学校的院系组成，一个学校有多个学院，一个学院有多个系，因此这种方案，不能很好实现的遍历的操作

2 基本介绍

迭代器模式（Iterator Pattern）是常用的设计模式，属于行为型模式

如果我们的集合元素是用不同的方式实现的，有数组，还有 java 的集合类，或者还有其他方式，当客户端要遍历这些集合元素的时候就要使用多种遍历方式，而且还会暴露元素的内部结构，可以考虑使用迭代器模式解决。

迭代器模式，提供一种遍历集合元素的统一接口，用一致的方法遍历集合元素，不需要知道集合对象的底层表示，即：不暴露其内部的结构。

3 原理结构图

3.1 类图

3.2 说明

Iterator ：迭代器接口，是系统提供，含义 hasNext, next, remove

ConcreteIterator : 具体的迭代器类，管理迭代

Aggregate :一个统一的聚合接口，将客户端和具体聚合解耦

ConcreteAggreage : 具体的聚合持有对象集合，并提供一个方法，返回一个迭代器，该迭代器可以正确遍历集合

Client :客户端，通过 Iterator 和 Aggregate 依赖子类

4 应用实例

4.1 类图

4.2 代码实现

Client

public class Client {
public static void main(String[] args) {//  创建学院List<College> collegeList = new ArrayList<College>();
ComputerCollege computerCollege = new ComputerCollege();InfoCollege infoCollege = new InfoCollege();
collegeList.add(computerCollege);//  collegeList.add(infoCollege);
OutPutImpl outPutImpl = new OutPutImpl(collegeList);outPutImpl.printCollege();}

}

College

public interface College {
public String getName();
//  增加系的方法public void addDepartment(String name, String desc);
//  返回一个迭代器,遍历public Iterator createIterator();
}

ComputerCollege

public class ComputerCollege implements College {
Department[] departments;int numOfDepartment = 0;//  保存当前数组的对象个数
public ComputerCollege() {departments = new Department[5];addDepartment("Java 专业", " Java 专业 ");addDepartment("PHP 专业", " PHP 专业 ");addDepartment("大数据专业", " 大数据专业 ");}
@Overridepublic String getName() {return "计算机学院";}
@Overridepublic void addDepartment(String name, String desc) {Department department = new Department(name, desc);departments[numOfDepartment] = department;numOfDepartment += 1;}
@Overridepublic Iterator createIterator() {return new ComputerCollegeIterator(departments);}
}

ComputerCollegeIterator

public class ComputerCollegeIterator implements Iterator {
//  这里我们需要 Department 是以怎样的方式存放=>数组Department[] departments;int position = 0; //  遍历的位置
public ComputerCollegeIterator(Department[] departments) {this.departments = departments;}
//  判断是否还有下一个元素@Overridepublic boolean hasNext() {//  TODO Auto-generated method stubif (position >= departments.length || departments[position] == null) {return false;} else {return true;}}
@Overridepublic Object next() {Department department = departments[position];position += 1;return department;}
//  删除的方法，默认空实现public void remove() {}

}

Department

// 系
public class Department {
private String name;private String desc;
public Department(String name, String desc) {super();this.name = name;this.desc = desc;}
public String getName() {return name;}
public void setName(String name) {this.name = name;}
public String getDesc() {return desc;}
public void setDesc(String desc) {this.desc = desc;}

}

OutPutImpl

public class OutPutImpl {
//  学院集合 List<College> collegeList;
public OutPutImpl(List<College> collegeList) {this.collegeList = collegeList;}
//  遍历所有学院,然后调用 printDepartment 输出各个学院的系public void printCollege() {//  从 collegeList 取出所有学院, Java 中的 List 已经实现 Iterator Iterator<College> iterator = collegeList.iterator();
while (iterator.hasNext()) {//  取出一个学院College college = iterator.next();System.out.println("=== " + college.getName() + "=====");printDepartment(college.createIterator()); //  得到对应迭代器}}
//  输出 学院输出 系public void printDepartment(Iterator iterator) {while (iterator.hasNext()) {Department d = (Department) iterator.next();System.out.println(d.getName());}}
}

5 优缺点

5.1 优点

统一的遍历接口：迭代器模式提供了一致的方法来访问不同的集合类型，简化了客户端代码。
解耦集合与遍历逻辑：由于集合的遍历逻辑被封装在迭代器中，集合类可以专注于存储和管理数据。客户端要遍历聚合的时候只能取到迭代器，而不会知道聚合的具体组成。
支持多种遍历方式：同一个集合可以支持多种不同的遍历方式，只需添加新的迭代器即可。
扩展性：增加新的聚合类或迭代器类很方便，符合“开闭原则”。

5.2 缺点

增加复杂度：每增加一个新的集合类型，就需要增加一个新的迭代器类，这可能会增加系统的类数量。每个聚合对象都要一个迭代器，会生成多个迭代器不好管理类.
实现成本：对于简单的遍历需求，实现迭代器模式可能会显得过于繁琐和不必要。

6 迭代器模式的应用

Java和.Net：在这些编程环境中，迭代器模式被广泛使用。Java的Iterator接口和.Net中的相似功能都是迭代器模式的实现。
生成器（Generator）：在支持生成器功能的语言中，如JavaScript，生成器可以被视为一种特殊的迭代器，用于控制函数的执行流程。
遍历不同数据结构：在需要遍历不同数据结构（如数组、树、图）时，迭代器模式提供了统一的解决方案。

7 总结

迭代器模式是一种强大的设计模式，它使得遍历各种复杂的数据结构变得简单和统一。通过将遍历的逻辑封装在迭代器中，迭代器模式不仅提供了对数据访问的抽象，还允许灵活地添加新的遍历算法而不影响现有的代码。然而，迭代器模式的实现可能会增加系统的复杂性，因此在选择使用该模式时应该权衡其利弊后，再做抉择。