步步为营 .NET 设计模式学习笔记 十一、Iterator(迭代器模式)

概述

在面向对象的软件设计中，我们经常会遇到一类集合对象，这类集合对象的内部结构可能有着各种各样的实现，但是归结起来，无非有两点是需要我们去关心的：一是集合内部的数据存储结构，二是遍历集合内部的数据。面向对象设计原则中有一条是类的单一职责原则，所以我们要尽可能的去分解这些职责，用不同的类去承担不同的职责。Iterator模式就是分离了集合对象的遍历行为，抽象出一个迭代器类来负责，这样既可以做到不暴露集合的内部结构，又可让外部代码透明的访问集合内部的数据。

为什么要写

但现在C#的Foreach in己经替代了迭代器模式的功能,但是作为学习设计模式来说,还是很有好处的.

意图

提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。[GOF 《设计模式》]

结构图

＜Design Pattern＞Iterator模式结构图如下：

图1 Iterator模式结构图

迭代器模式由以下角色组成： 
1.迭代器角色（Iterator）：迭代器角色负责定义访问和遍历元素的接口。 
2.具体迭代器角色（Concrete Iterator）：具体迭代器角色要实现迭代器接口，并要记录遍历中的当前位置。 
3.容器角色（Container）：容器角色负责提供创建具体迭代器角色的接口。 
4.具体容器角色（Concrete Container）：具体容器角色实现创建具体迭代器角色的接口——这个具体迭代器角色于该容器的结构相关。

生活中的例子

迭代器提供一种方法顺序访问一个集合对象中各个元素，而又不需要暴露该对象的内部表示。在早期的电视机中，一个拨盘用来改变频道。当改变频道时，需要手工转动拨盘移过每一个频道，而不论这个频道是否有信号。现在的电视机，使用[后一个]和[前一个]按钮。当按下[后一个]按钮时，将切换到下一个预置的频道。想象一下在陌生的城市中的旅店中看电视。当改变频道时，重要的不是几频道，而是节目内容。如果对一个频道的节目不感兴趣，那么可以换下一个频道，而不需要知道它是几频道。

图2 使用选频器做例子的Iterator模式对象图

示例用例图：

超市顾客排队结帐，收银员一个一个顺序的结帐，正好符合我们的迭代器模式，以下是用例图：

代码设计：

先创建Cashier.cs:

01	/// <summary>

02	/// Cashier

03	/// </summary>

04	public abstract class Cashier

05

{

06	/// <summary>

07	/// First item

08	/// </summary>

09	/// <returns></returns>

10	public abstract object First();

11

12	/// <summary>

13	/// Next item

14	/// </summary>

15	/// <returns></returns>

16	public abstract object Next();

17

18	/// <summary>

19	/// Is complete

20	/// </summary>

21	/// <returns></returns>

22	public abstract bool IsComplete();

23

24	/// <summary>

25	/// Current item

26	/// </summary>

27	/// <returns></returns>

28	public abstract object CurrentCustomer();

29

}

再创建IConsumer.cs:

01	/// <summary>

02	/// Create Cashier class

03	/// </summary>

04	public abstract class IConsumer

05

{

06	/// <summary>

07	/// Creaate Cashier

08	/// </summary>

09	/// <returns></returns>

10	public abstract Cashier CreateCashier();

11

}

再创建Consumer.cs:

01	/// <summary>

02	/// Consumer

03	/// </summary>

04	public  class Consumer:IConsumer

05

{

06	private IList<object> items = new List<object>();

07

08	public override Cashier CreateCashier()

09

{

10	return new CLoseAccount(this);

11

}

12

13	public int Count

14

{

15	get { return items.Count; }

16

}

17

18	public object this[int index]

19

{

20	get { return items[index]; }

21	set { items.Insert(index,value); }

22

}

23

}

再创建CLoseAccount.cs:

01	/// <summary>

02	/// close account

03	/// </summary>

04	public class CLoseAccount : Cashier

05

{

06	private Consumer CurrentConsumer;

07

08	private int Current = 0;

09

10	public override object First()

11

{

12	return CurrentConsumer[0];

13

}

14

15	public override object Next()

16

{

17	++Current;

18	if (Current < CurrentConsumer.Count)

19	return CurrentConsumer[Current];

20

else

21	return (object)null;

22

}

23

24	public override bool IsComplete()

25

{

26	return CurrentConsumer.Count > Current ? true : false;

27

}

28

29	public override object CurrentCustomer()

30

{

31	return CurrentConsumer[Current];

32

}

33

34	public CLoseAccount(Consumer consumer)

35

{

36	this.CurrentConsumer = consumer;

37

}

38

}

最后调用:

01	public partial class Run : Form

02

{

03	public Run()

04

{

05	InitializeComponent();

06

}

07

08	private void btnRun_Click(object sender, EventArgs e)

09

{

10

11

12	Consumer consumer = new Consumer();

13	consumer[0] = "顾客A";

14	consumer[1] = "顾客B";

15	consumer[2] = "顾客C";

16	consumer[3] = "顾客D";

17	consumer[4] = "顾客E";

18	consumer[5] = "顾客F";

19	consumer[6] = "顾客G";

20	consumer[7] = "顾客H";

21	Cashier cashier = new CLoseAccount(consumer);

22	object custom = cashier.First();

23	rtbResult.AppendText("顾客排队结帐开始.\n");

24	while (cashier.IsComplete())

25

{

26	rtbResult.AppendText(string.Format("{0}正在结帐.\n", cashier.CurrentCustomer()));

27	cashier.Next();

28

}

29	rtbResult.AppendText("结帐完成.\n");

30

}

31

}

结果如下图:

效果及实现要点

1．迭代抽象：访问一个聚合对象的内容而无需暴露它的内部表示。

2．迭代多态：为遍历不同的集合结构提供一个统一的接口，从而支持同样的算法在不同的集合结构上进行操作。

3．迭代器的健壮性考虑：遍历的同时更改迭代器所在的集合结构，会导致问题。

适用性

1．访问一个聚合对象的内容而无需暴露它的内部表示。

2．支持对聚合对象的多种遍历。

3．为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口(即, 支持多态迭代)。

优点： 
1．支持以不同的方式遍历一个容器角色。根据实现方式的不同，效果上会有差别。 
2．简化了容器的接口。但是在IList中为了提高可扩展性，容器还是提供了遍历的接口。 
3．对同一个容器对象，可以同时进行多个遍历。因为遍历状态是保存在每一个迭代器对象中的。 
总结

Iterator模式就是分离了集合对象的遍历行为，抽象出一个迭代器类来负责，这样既可以做到不暴露集合的内部结构，又可让外部代码透明的访问集合内部的数据。