Kotlin教程笔记(54) - 改良设计模式 - 迭代器模式

简介: 本教程详细讲解了Kotlin中的迭代器模式,包括如何通过实现Iterator和Iterable接口以及重载iterator运算符来实现可遍历的自定义集合。示例展示了如何创建一个图书集类,并通过不同方式使其支持遍历操作,适合希望深入了解Kotlin迭代器模式的开发者。

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

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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:Iterator、Iterable 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-in 或 forEach 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) : Iterator {
    private val iterator: Iterator = 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-in 或 forEach 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 {
/**

 * 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-in 或 forEach 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) : Iterable {
    override fun iterator(): Iterator = 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 Iterator、Iterable 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 Iterator 或 Iterable 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) {
    operator fun iterator(): Iterator = 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 forEach 是 Iterator 和 Iterable 的扩展函数,与运算符 iterator() 无关:

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

// _Collections.kt
@kotlin.internal.HidesMembers
public inline fun Iterable.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 ,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)
    operator fun BookList.iterator(): Iterator = 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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