设计模式_迭代器模式_Iterator

Roc Lau2024-02-02 19:29

案例引入

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】

将学院看做是学校的子类，系是学院的子类，小的组织继承大的组织

分析： 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，不能很好实现遍历操作（有可能计算机学院的系是使用数组存储的，信息工程学院的系是使用集合存储的，遍历的方式不太一样，因此不能统一遍历）

【改进】

使用迭代器模式

介绍

基础介绍

  • 迭代器模式属于行为型模式
  • 如果我们的元素集是用不同的方式实现，有数组、java的集合类或其他方式，当客户端要遍历这些元素集的元素的时就要使用多种遍历方式，而且还会暴露元素的内部结构，这时可以考虑使用迭代器模式解决
  • 迭代器模式提供一种遍历元素集元素的统一接口，用一致的方法遍历元素集的元素，不需要知道元素集对象的底层表示，即不需要暴露元素集对象内部的结构

应用场景

  • 当要展示一组相似对象，或者遍历一组相同对象时使用，适合使用迭代器模式

登场角色

  • lterator(迭代器): 该角色负责定义按顺序逐个遍历元素的接口(API)，可以使用Java自带的，含有 hasNext、next、remove 等方法
  • Concretelterator(具体的迭代器)：具体的选代器类，实现Iterator角色所定义的接口(API)
  • Aggregate(元素集)：一个统一的元素集接口，将客户端和具体元素集解耦，定义了创建Iterator角色的接口(API)
  • ConcreteAggregate(具体的元素集): 负责实现Aggregate角色所定义的接口(API)。它会创建出具体的迭代器，即Concretelterator角色，该迭代器可以用于遍历元素集
  • Client(客户端)：通过Iterator、Aggregate依赖其各自的子类

案例实现

案例一

实现

【计算机学院迭代器】

java 复制代码 
package com.atguigu.iterator;

import java.util.Iterator;


public class ComputerCollegeIterator implements Iterator {

/**
* 这里我们需要Department是以怎样的方式存放（如果不知道，没办法重写Iterator的方法）=>已知计算机学院存放系的时候是数组耳朵方式
*/
Department[] departments;
/**
* 遍历的位置
*/
int position = 0;

public ComputerCollegeIterator(Department[] departments) {
this.departments = departments;
}

/**
* 判断是否还有下一个元素
* @return
*/
@Override
public boolean hasNext() {
if (position >= departments.length || departments[position] == null) {
return false;
} else {
return true;
}
}

@Override
public Object next() {
Department department = departments[position];
position += 1;
return department;
}

/**
* 删除的方法，默认空实现
*/
public void remove() {

}

}

【信息工程学院迭代器】

java 复制代码 
package com.atguigu.iterator;

import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class InfoColleageIterator implements Iterator {
/**
* 信息工程学院是以List方式存放系
*/
List<Department> departmentList;
/**
* 索引
*/
int index = 0;

public InfoColleageIterator(List<Department> departmentList) {
this.departmentList = departmentList;
}

/**
* 判断list中还有没有下一个元素
* @return
*/
@Override
public boolean hasNext() {
if (index >= departmentList.size() - 1) {
return false;
} else {
return true;
}
}

@Override
public Object next() {
Department department = departmentList.get(index++);
return department;
}

/**
* 空实现remove
*/
public void remove() {

}

}

【学院接口】

java 复制代码 
package com.atguigu.iterator;

import java.util.Iterator;

public interface College {

public String getName();

/**
* 增加系的方法
*
* @param name
* @param desc
*/
public void addDepartment(String name, String desc);

/**
* 返回一个迭代器来执行遍历功能
*
* @return
*/
public Iterator createIterator();
}

【计算机学院】

java 复制代码 
package com.atguigu.iterator;

import java.util.Iterator;

public class ComputerCollege implements College {

Department[] departments;
/**
* 保存当前数组的对象个数
*/
int numOfDepartment = 0;

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 ");
}

@Override
public String getName() {
return "计算机学院";
}

@Override
public void addDepartment(String name, String desc) {
Department department = new Department(name, desc);
departments[numOfDepartment] = department;
numOfDepartment += 1;
}

/**
* 获取迭代器
* @return
*/
@Override
public Iterator createIterator() {
return new ComputerCollegeIterator(departments);
}

}

【信息工程学院】

java 复制代码 
package com.atguigu.iterator;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class InfoCollege implements College {

List<Department> departmentList;


public InfoCollege() {
departmentList = new ArrayList<Department>();
addDepartment("信息安全专业", " 信息安全专业 ");
addDepartment("网络安全专业", " 网络安全专业 ");
addDepartment("服务器安全专业", "服务器安全专业 ");
}

@Override
public String getName() {
return "信息工程学院";
}

@Override
public void addDepartment(String name, String desc) {
Department department = new Department(name, desc);
departmentList.add(department);
}

/**
* 获取迭代器
* @return
*/
@Override
public Iterator createIterator() {
return new InfoColleageIterator(departmentList);
}

}

【遍历输出类】

java 复制代码 
package com.atguigu.iterator;

import java.util.Iterator;
import java.util.List;

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() + "=====");
//得到学院的对应迭代器
printDepartment(college.createIterator());
}
}


/**
* 使用学院的迭代器 输出学院的系
* @param iterator
*/
public void printDepartment(Iterator iterator) {
while (iterator.hasNext()) {
Department d = (Department) iterator.next();
System.out.println(d.getName());
}
}

}

【主类】

java 复制代码 
package com.atguigu.iterator;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Client {

public static void main(String[] args) {
// 创建学院集合
List<College> collegeList = new ArrayList<College>();

// 添加学院
ComputerCollege computerCollege = new ComputerCollege();
InfoCollege infoCollege = new InfoCollege();
collegeList.add(computerCollege);
collegeList.add(infoCollege);

OutPutImpl outPutImpl = new OutPutImpl(collegeList);
outPutImpl.printCollege();
}

}

【运行】

java 复制代码 
=== 计算机学院=====
Java专业
PHP专业
大数据专业
=== 信息工程学院=====
信息安全专业
网络安全专业

Process finished with exit code 0

案例二

实现

【Aggregate接口】

java 复制代码 
package com.atguigu.iterator.Sample;

/**
* 要遍历的元素集的接口，实现这个接口的类一般可以保存多个元素
*/
public interface Aggregate {
/**
* 生成用于遍历的迭代器
* @return
*/
public abstract Iterator iterator();
}

【Iterator接口：可以直接使用JDK自带的，也可以自己直接写一个】

java 复制代码 
package com.atguigu.iterator.Sample;

public interface Iterator {
/**
* 是否有下一个元素
* @return
*/
public abstract boolean hasNext();

/**
* 获取下一个元素
* @return
*/
public abstract Object next();
}

【被存储的元素：Book】

java 复制代码 
package com.atguigu.iterator.Sample;

/**
* 要存储的元素
*/
public class Book {
private String name;
public Book(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
}

【书架：具体的Aggregate】

java 复制代码 
package com.test.iterator.Sample;

/**
* 书架，存放书的元素集
*/
public class BookShelf implements Aggregate {
// 不让外界直接操作书籍数组
private Book[] books;
private int last = 0;
public BookShelf(int maxsize) {
this.books = new Book[maxsize];
}
public Book getBookAt(int index) {
return books[index];
}
public void appendBook(Book book) {
this.books[last] = book;
last++;
}
public int getLength() {
return last;
}
public Iterator iterator() {
// 返回书架的遍历迭代器
return new BookShelfIterator(this);
}
}

【书架遍历迭代器实现】

java 复制代码 
package com.atguigu.iterator.Sample;


public class BookShelfIterator implements Iterator {
private BookShelf bookShelf;
private int index;
public BookShelfIterator(BookShelf bookShelf) {
this.bookShelf = bookShelf;
this.index = 0;
}
public boolean hasNext() {
if (index < bookShelf.getLength()) {
return true;
} else {
return false;
}
}
public Object next() {
Book book = bookShelf.getBookAt(index);
// 取出下本书籍后，索引+1
index++;
return book;
}
}

【主类】

java 复制代码 
package com.atguigu.iterator.Sample;

public class Main {
public static void main(String[] args) {
BookShelf bookShelf = new BookShelf(4);
bookShelf.appendBook(new Book("Around the World in 80 Days"));
bookShelf.appendBook(new Book("Bible"));
bookShelf.appendBook(new Book("Cinderella"));
bookShelf.appendBook(new Book("Daddy-Long-Legs"));
// 获取书架的遍历迭代器
Iterator it = bookShelf.iterator();
// 开始遍历
while (it.hasNext()) {
Book book = (Book)it.next();
System.out.println(book.getName());
}
}
}

【运行】

java 复制代码 
Around the World in 80 Days
Bible
Cinderella
Daddy-Long-Legs

Process finished with exit code 0

迭代器模式在JDK源码中的应用

  • lterator接口由系统提供
  • 内部类ltr充当具体实现迭代器Iterator的内部类
  • List充当了元素集接口，含有一个iterator() 方法，返回一个选代器对象
  • ArrayList 是实现元素集接口List的子类，实现了iterator()
  • 迭代器模式解决了不同元素集(ArrayList，LinkedList)的统一遍历问题

总结

【优点】

  • 提供一个统一的方法来遍历不同的元素集中的对象，客户不用再考虑元素集的类型，使用一种方法就可以遍历对象了
  • 隐藏了元素集的内部结构，客户端要遍历元素集的时候只能取到迭代器，而不会知道元素集的具体组成（比如说不知道使用什么数据结构存储的）
  • 提供了一种设计思想，就是一个类应该只有一个引起变化的原因 (叫做单一责任原则)。在元素集类中，我们把迭代器分开，就是要把管理元素集和遍历元素集的责任分开，这样一来元素集改变的话，只要修改元素集对象；而如果遍历方式改变的话，只要修改迭代器

【缺点】

  • 每个元素集对象都要一个迭代器，会生成多个选代器不好管理类

【思考】

问：为什么一定要考虑引人迭代器模式呢？如果是数组，直接使用for循环语句进行遍历处理不就可以了吗?

  • 引人Iterator后可以将遍历与元素集的实现分离开来。如果书架的实现方式不再使用数组存储，而是使用集合，那就只需要修改具体的迭代器和具体元素集即可，客户端并不需要修改，还是可以直接使用Iterator迭代器进行遍历
  • 方便实现多种不同的迭代方式，如正序遍历、倒序遍历、跳跃遍历......，想要拓展遍历方式，只需要给ConcreteAggregate编写新的ConcreteIterator即可，不需要修改元素集类的相关代码
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