迭代器模式（Iterator Pattern）是一种行为型设计模式，它提供了一种方法顺序访问一个集合对象中的元素，而无需暴露集合对象的内部表示。迭代器模式允许客户端通过统一的接口遍历不同类型的集合，保持了集合的封装性，并且支持多种遍历方式。
- 迭代器模式的结构
迭代器模式通常包括以下几个角色：
迭代器（Iterator）：定义访问和遍历集合元素的方法。
具体迭代器（ConcreteIterator）：实现迭代器接口，维护对集合元素的遍历状态。
聚合（Aggregate）：定义创建迭代器的接口。
具体聚合（ConcreteAggregate）：实现聚合接口，返回一个具体的迭代器。
- 迭代器模式的 UML 图
plaintext
+------------------+ +--------------------+
| Iterator |<>--------| ConcreteIterator |
+------------------+ +--------------------+
| + first() | | + first() |
| + next() | | + next() |
| + is_done() | | + is_done() |
| + current_item() | | + current_item() |
+------------------+ +--------------------+^ | +--------------------+ | Aggregate | +--------------------+ | + create_iterator()| +--------------------+ ^ | +--------------------+ | ConcreteAggregate | +--------------------+ | + create_iterator() | +--------------------+ - 迭代器模式的实现
以下是一个 Python 中迭代器模式的简单示例：
3.1 定义迭代器接口
python
from abc import ABC, abstractmethod
class Iterator(ABC):
@abstractmethod
def first(self):
pass
@abstractmethod
def next(self):
pass
@abstractmethod
def is_done(self):
pass
@abstractmethod
def current_item(self):
pass
3.2 定义聚合接口
python
class Aggregate(ABC):
@abstractmethod
def create_iterator(self) -> Iterator:
pass
3.3 实现具体迭代器
python
class ConcreteIterator(Iterator):
def init(self, aggregate):
self._aggregate = aggregate
self._index = 0
def first(self):
self._index = 0
def next(self):
self._index += 1
def is_done(self):
return self._index >= len(self._aggregate.items)
def current_item(self):
return self._aggregate.items[self._index]
3.4 实现具体聚合
python
class ConcreteAggregate(Aggregate):
def init(self):
self.items = []
def add_item(self, item):
self.items.append(item)
def create_iterator(self) -> Iterator:
return ConcreteIterator(self)
3.5 使用迭代器模式
python
if name == "main":
aggregate = ConcreteAggregate()
aggregate.add_item("Item 1")
aggregate.add_item("Item 2")
aggregate.add_item("Item 3")
iterator = aggregate.create_iterator()
print("Iterating through the collection:")
while not iterator.is_done():
print(iterator.current_item())
iterator.next()
- 迭代器模式的优缺点
优点
封装性：通过迭代器隐藏了集合的内部结构，客户端不需要了解集合的具体实现。
一致性：可以为不同类型的集合提供统一的遍历接口，使用体验一致。
支持多种遍历方式：可以根据需要实现不同类型的迭代器，支持不同的遍历策略。
缺点
增加了复杂性：引入了多个类和接口，可能导致代码复杂度提高。
可能导致性能问题：在某些情况下，迭代器的实现可能会影响性能，尤其是在处理大型数据集时。 - 何时使用迭代器模式
当需要访问一个集合的元素，而又不希望暴露其内部结构时。
当希望提供一种统一的遍历方式，以便对不同类型的集合进行操作时。
当想要在不同的遍历策略之间切换时。 - 总结
迭代器模式是一种常用的设计模式，通过提供一个统一的接口来遍历不同类型的集合，使得代码更加灵活和可维护。它不仅提高了代码的封装性，还使得各种集合的操作变得更加一致。在实际开发中，迭代器模式广泛应用于数据结构的实现、集合类库等场景。合理使用迭代器模式，可以提升程序的可读性和可扩展性。
