Kotlin - 改良设计模式 - 迭代器模式

简介: Kotlin - 改良设计模式 - 迭代器模式

本系列学习教程笔记属于详细讲解Kotlin语法的教程,需要快速学习Kotlin语法的小伙伴可以查看“简洁” 系列的教程

快速入门请阅读如下简洁教程:
Kotlin学习教程(一)
Kotlin学习教程(二)
Kotlin学习教程(三)
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Kotlin学习教程(十)

Kotlin教程笔记(54) - 改良设计模式 - 迭代器模式

imgKotlin - 改良设计模式 - 迭代器模式

#一、前言

  • 迭代器模式
    • 作用:将遍历和实现分离开来,在遍历的同时不需要暴露对象的内部表示
    • 举例:ArrayList、LinkedList、TreeSet 均可通过 iterator() 方法获取到迭代器对元素进行遍历,不需要关心元素存放在哪种数据结构中。

#二、使用迭代器模式

  • 例子:遍历图书
  • 重点:IteratorIterable 接口的使用

无论 Java 还是 Kotlin,都有 Iterator 接口,基于 Iterator 接口实现迭代器模式的类,可以使用 for-inforEach 对其进行快速遍历,这里我们让一个自定义的图片列表(BookList)实现迭代器功能:

/**
 * 图书
 *
 * @author GitLqr
 */
data class Book(val name: String)

/**
 * 图书集(迭代器模式):基于 Iterator,只能遍历一次
 *
 * @author GitLqr
 */
class BookList(val books: List<Book>) : Iterator<Book> {
    private val iterator: Iterator<Book> = books.iterator()

    override fun hasNext() = iterator.hasNext()

    override fun next() = iterator.next()
}

// 使用
val bookList = BookList(listOf(Book("Kotlin核心编程"), Book("深入理解Java虚拟机")))
for (book in bookList) {
    println(book.name)
}
bookList.forEach { book -> println(book.name) }

// 输出
Kotlin核心编程
深入理解Java虚拟机

可以看到 BookList 确实能使用 for-inforEach 语法进行遍历了,但是结果却只输出一遍,通过源码可以知道 Iterator 是一次性且不可逆的:

public interface Iterator<out T> {
    /**
     * Returns the next element in the iteration.
     */
    public operator fun next(): T

    /**
     * Returns `true` if the iteration has more elements.
     */
    public operator fun hasNext(): Boolean
}

如果希望每次使用 for-inforEach 语法都能从头遍历的话,很简单,只需要保证每次遍历使用的是独立的迭代器实例即可,这时,我们可以让自定义类 BookList 改为实现 Iterable 接口:

/**
 * 图书集(迭代器模式):基于 Iterable,能遍历多次
 *
 * @author GitLqr
 */
class BookList(val books: List<Book>) : Iterable<Book> {
    override fun iterator(): Iterator<Book> = books.iterator()
}

// 使用
val bookList = BookList(listOf(Book("Kotlin核心编程"), Book("深入理解Java虚拟机")))
for (book in bookList) {
    println(book.name)
}
bookList.forEach { book -> println(book.name) }

// 输出
Kotlin核心编程
深入理解Java虚拟机
Kotlin核心编程
深入理解Java虚拟机

为防止混淆,这里对 IteratorIterable 各自的职能做下总结:

  • Iterator:迭代器,迭代器模式的核心实现(本质)
  • Iterable:可迭代的,每次获取一个新的迭代器(让 cursor 重新开始)

#三、改良迭代器模式

  • 例子:遍历图书
  • 重点:重载运算符(iterator)、扩展函数

在 Kotlin 中,除了可以使用 IteratorIterable 来实现迭代器模式外,还可以通过让任意类重载运算符 iterator() 来实现 Iterable 接口相同的功能:

/**
 * 图书集(迭代器模式)改良:重载 iterator 运算符
 *
 * @author GitLqr
 */
class BookList(val books: List<Book>) {
    operator fun iterator(): Iterator<Book> = books.iterator()
}

// 使用
val bookList = BookList(listOf(Book("Kotlin核心编程"), Book("深入理解Java虚拟机")))
for (book in bookList) {
    println(book.name)
}
// bookList.forEach { book -> println(book.name) } // 语法错误,无法编译通过

使用【重载运算符 iterator()】与【实现 Iterable 接口】这两种方式来实现的迭代器模式,在代码结构上差不多,但是前者会让 forEach 无法使用,因为 forEachIteratorIterable 的扩展函数,与运算符 iterator() 无关:

// Iterators.kt
public inline fun <T> Iterator<T>.forEach(operation: (T) -> Unit): Unit {
    for (element in this) operation(element)
}

// _Collections.kt
@kotlin.internal.HidesMembers
public inline fun <T> Iterable<T>.forEach(action: (T) -> Unit): Unit {
    for (element in this) action(element)
}

不过呢,运算符 iterator() 是一个方法,它的返回值类型是 Iterator<T> ,所以我们可以变相的使用 forEach

bookList.iterator().forEach { book -> println(book.name) }

另外,Kotlin 还支持用扩展函数的方式来重载运算符,于是,上述代码还可以变成这样:

/**
 * 图书集(迭代器模式)改良:第三方类扩展重载 iterator 运算符
 *
 * @author GitLqr
 */
class BookList(val books: List<Book>)
operator fun BookList.iterator(): Iterator<Book> = this.books.iterator()

// 使用
for (book in bookList) {
    println(book.name)
}
bookList.iterator().forEach { book -> println(book.name) }

你可能会觉得,这也算改良吗?像 forEach 这种常见的遍历方式还得变相使用才行,感觉有点多余啊,确实如此,与其说是改良,倒不如说是 Kotlin 中迭代器模式的另一种实现思路。不过,假设 BookList 是第三方库中的类,你无法对其源码进行修改,这就意味着【实现 Iterable 接口】这种方式行不通,这时,不妨考虑一下【重载运算符 iterator()】(配合扩展函数)的方式。

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