23种设计模式 - 迭代器模式

模式定义

迭代器模式（Iterator Pattern）是一种行为型设计模式，用于顺序访问聚合对象（如集合）的元素，而无需暴露其内部结构。该模式将遍历逻辑封装在独立的迭代器对象中，使客户端能够统一处理不同类型的集合（如数组、链表、树）。

模式结构

抽象迭代器（Iterator）

定义遍历接口（如hasNext()、next()），声明访问元素的方法。
具体迭代器（Concrete Iterator）
实现迭代器接口，管理遍历的当前位置（如数组索引、链表节点指针）。
抽象聚合类（Aggregate）
声明创建迭代器的接口（如createIterator()）。
具体聚合类（Concrete Aggregate）
存储数据集合（如数控系统的G代码指令列表），并返回对应的迭代器。

适用场景

数控系统指令遍历：按顺序解析并执行G代码指令（如G00、G01）。

复杂数据结构遍历：如树形结构、图结构中的节点访问。

统一集合访问接口：隐藏不同集合（数组、链表）的内部差异。

C++示例（数控系统G代码指令遍历）

场景说明：

设计一个迭代器，遍历数控系统中的G代码指令集合（如G00 X100 Y200、G01 X200 Y300），并依次执行。

cpp 复制代码

#include 
#include 
#include 

// G代码指令类
class GCodeCommand {
public:
    std::string type;  // 指令类型（如G00）
    float x, y;        // 坐标参数
    GCodeCommand(const std::string& t, float xVal, float yVal) 
        : type(t), x(xVal), y(yVal) {}
};

// 抽象迭代器
class Iterator {
public:
    virtual bool hasNext() = 0;
    virtual GCodeCommand next() = 0;
    virtual ~Iterator() = default;
};

// 具体迭代器：G代码指令迭代器
class GCodeIterator : public Iterator {
private:
    std::vector& commands;
    size_t currentPos;
public:
    GCodeIterator(std::vector& cmds) 
        : commands(cmds), currentPos(0) {}
    
    bool hasNext() override {
        return currentPos < commands.size();
    }
    
    GCodeCommand next() override {
        return commands[currentPos++];
    }
};

// 抽象聚合类
class GCodeCollection {
public:
    virtual Iterator* createIterator() = 0;
    virtual ~GCodeCollection() = default;
};

// 具体聚合类：存储G代码指令
class ConcreteGCodeCollection : public GCodeCollection {
private:
    std::vector commands;
public:
    void addCommand(const GCodeCommand& cmd) {
        commands.push_back(cmd);
    }
    
    Iterator* createIterator() override {
        return new GCodeIterator(commands);
    }
};

// 客户端代码
int main() {
    ConcreteGCodeCollection gcodeList;
    gcodeList.addCommand(GCodeCommand("G00", 100, 200));  // 快速定位
    gcodeList.addCommand(GCodeCommand("G01", 200, 300));  // 直线插补

    Iterator* it = gcodeList.createIterator();
    while (it->hasNext()) {
        GCodeCommand cmd = it->next();
        std::cout << "执行指令: " << cmd.type 
                  << " X" << cmd.x << " Y" << cmd.y << std::endl;
        // 实际数控系统会调用机床控制接口执行指令
    }
    
    delete it;
    return 0;
}

代码解析

GCodeCommand：表示一条G代码指令，包含类型和坐标参数。

GCodeIterator：遍历指令集合的具体迭代器，通过hasNext()和next()逐步访问元素。

ConcreteGCodeCollection：存储G代码指令的集合，返回对应的迭代器对象。

客户端：通过迭代器依次执行所有指令，无需关心集合内部实现（如vector或链表）。

优点与局限性

优点：

解耦遍历逻辑与集合结构，支持多种遍历方式。
符合单一职责原则，集合类只需管理数据，迭代器处理遍历。
局限性：
增加小型集合的复杂度，可能影响性能。
需要为每种集合类型实现专用迭代器。

数控系统中的应用

在数控系统中，迭代器模式可用于：

指令队列处理：按顺序执行G代码、M代码指令。

路径规划：遍历加工路径中的坐标点序列，生成控制信号。

日志回放：遍历历史操作记录，用于调试或复现加工过程。