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    迭代器

    迭代這個名詞對于熟悉Java的人來說絕對不陌生。我們常常使用JDK提供的迭代接口進行java collection的遍歷:

    Iterator it = list.iterator();
    while(it.hasNext()){
     //using “it.next();”do some businesss logic
    }

      而這就是關(guān)于迭代器模式應用很好的例子。

      二、 定義與結(jié)構(gòu)

      迭代器(Iterator)模式,又叫做游標(Cursor)模式。GOF給出的定義為:提供一種方法訪問一個容器(container)對象中各個元素,而又不需暴露該對象的內(nèi)部細節(jié)。

      從定義可見,迭代器模式是為容器而生。很明顯,對容器對象的訪問必然涉及到遍歷算法。你可以一股腦的將遍歷方法塞到容器對象中去;或者根本不去提供什么遍歷算法,讓使用容器的人自己去實現(xiàn)去吧。這兩種情況好像都能夠解決問題。

      然而在前一種情況,容器承受了過多的功能,它不僅要負責自己“容器”內(nèi)的元素維護(添加、刪除等等),而且還要提供遍歷自身的接口;而且由于遍歷狀態(tài)保存的問題,不能對同一個容器對象同時進行多個遍歷。第二種方式倒是省事,卻又將容器的內(nèi)部細節(jié)暴露無遺。

      而迭代器模式的出現(xiàn),很好的解決了上面兩種情況的弊端。先來看下迭代器模式的真面目吧。

      迭代器模式由以下角色組成:

      1) 迭代器角色(Iterator):迭代器角色負責定義訪問和遍歷元素的接口。

      2) 具體迭代器角色(Concrete Iterator):具體迭代器角色要實現(xiàn)迭代器接口,并要記錄遍歷中的當前位置。

      3) 容器角色(Container):容器角色負責提供創(chuàng)建具體迭代器角色的接口。

      4) 具體容器角色(Concrete Container):具體容器角色實現(xiàn)創(chuàng)建具體迭代器角色的接口——這個具體迭代器角色于該容器的結(jié)構(gòu)相關(guān)。

      迭代器模式的類圖如下:


      從結(jié)構(gòu)上可以看出,迭代器模式在客戶與容器之間加入了迭代器角色。迭代器角色的加入,就可以很好的避免容器內(nèi)部細節(jié)的暴露,而且也使得設計符號“單一職責原則”。

      注意,在迭代器模式中,具體迭代器角色和具體容器角色是耦合在一起的——遍歷算法是與容器的內(nèi)部細節(jié)緊密相關(guān)的。為了使客戶程序從與具體迭代器角色耦合的困境中脫離出來,避免具體迭代器角色的更換給客戶程序帶來的修改,迭代器模式抽象了具體迭代器角色,使得客戶程序更具一般性和重用性。這被稱為多態(tài)迭代。

      三、 舉例

      由于迭代器模式本身的規(guī)定比較松散,所以具體實現(xiàn)也就五花八門。我們在此僅舉一例,根本不能將實現(xiàn)方式一一呈現(xiàn)。因此在舉例前,我們先來列舉下迭代器模式的實現(xiàn)方式。

      1.迭代器角色定義了遍歷的接口,但是沒有規(guī)定由誰來控制迭代。在Java collection的應用中,是由客戶程序來控制遍歷的進程,被稱為外部迭代器;還有一種實現(xiàn)方式便是由迭代器自身來控制迭代,被稱為內(nèi)部迭代器。外部迭代器要比內(nèi)部迭代器靈活、強大,而且內(nèi)部迭代器在java語言環(huán)境中,可用性很弱。

      2.在迭代器模式中沒有規(guī)定誰來實現(xiàn)遍歷算法。好像理所當然的要在迭代器角色中實現(xiàn)。因為既便于一個容器上使用不同的遍歷算法,也便于將一種遍歷算法應用于不同的容器。但是這樣就破壞掉了容器的封裝——容器角色就要公開自己的私有屬性,在java中便意味著向其他類公開了自己的私有屬性。

      那我們把它放到容器角色里來實現(xiàn)好了。這樣迭代器角色就被架空為僅僅存放一個遍歷當前位置的功能。但是遍歷算法便和特定的容器緊緊綁在一起了。

      而在Java Collection的應用中,提供的具體迭代器角色是定義在容器角色中的內(nèi)部類。這樣便保護了容器的封裝。但是同時容器也提供了遍歷算法接口,你可以擴展自己的迭代器。

      好了,我們來看下Java Collection中的迭代器是怎么實現(xiàn)的吧。

    //迭代器角色,僅僅定義了遍歷接口

    public interface Iterator {
     boolean hasNext();
     Object next();
     void remove();
    }

    //容器角色,這里以List為例。它也僅僅是一個接口,就不羅列出來了
    //具體容器角色,便是實現(xiàn)了List接口的ArrayList等類。為了突出重點這里指羅列和迭代器相關(guān)的內(nèi)容
    //具體迭代器角色,它是以內(nèi)部類的形式出來的。AbstractList是為了將各個具體容器角色的公共部分提取出來而存在的。

    public abstract class AbstractList extends AbstractCollection implements List {
    ……
    //這個便是負責創(chuàng)建具體迭代器角色的工廠方法
    public Iterator iterator() {
     return new Itr();
    }

    //作為內(nèi)部類的具體迭代器角色

    private class Itr implements Iterator {
     int cursor = 0;
     int lastRet = -1;
     int expectedModCount = modCount;

     public boolean hasNext() {
      return cursor != size();
     }

     public Object next() {
      checkForComodification();
      try {
       Object next = get(cursor);
       lastRet = cursor++;
       return next;
      } catch(IndexOutOfBoundsException e) {
       checkForComodification();
       throw new NoSuchElementException();
      }
     }

     public void remove() {
      if (lastRet == -1)
       throw new IllegalStateException();
       checkForComodification();

      try {
       AbstractList.this.remove(lastRet);
       if (lastRet < cursor)
        cursor--;
       lastRet = -1;
       expectedModCount = modCount;
      } catch(IndexOutOfBoundsException e) {
       throw new ConcurrentModificationException();
      }
     }

     final void checkForComodification() {
      if (modCount != expectedModCount)
       throw new ConcurrentModificationException();
     }
    }

      至于迭代器模式的使用。正如引言中所列那樣,客戶程序要先得到具體容器角色,然后再通過具體容器角色得到具體迭代器角色。這樣便可以使用具體迭代器角色來遍歷容器了……

      四、 實現(xiàn)自己的迭代器

      在實現(xiàn)自己的迭代器的時候,一般要操作的容器有支持的接口才可以。而且我們還要注意以下問題:

      在迭代器遍歷的過程中,通過該迭代器進行容器元素的增減操作是否安全呢?

      在容器中存在復合對象的情況,迭代器怎樣才能支持深層遍歷和多種遍歷呢?

      以上兩個問題對于不同結(jié)構(gòu)的容器角色,各不相同,值得考慮。

      五、 適用情況

      由上面的講述,我們可以看出迭代器模式給容器的應用帶來以下好處:

      1) 支持以不同的方式遍歷一個容器角色。根據(jù)實現(xiàn)方式的不同,效果上會有差別。

      2) 簡化了容器的接口。但是在java Collection中為了提高可擴展性,容器還是提供了遍歷的接口。

      3) 對同一個容器對象,可以同時進行多個遍歷。因為遍歷狀態(tài)是保存在每一個迭代器對象中的。

      由此也能得出迭代器模式的適用范圍:

      1) 訪問一個容器對象的內(nèi)容而無需暴露它的內(nèi)部表示。

      2) 支持對容器對象的多種遍歷。

      3) 為遍歷不同的容器結(jié)構(gòu)提供一個統(tǒng)一的接口(多態(tài)迭代)。

      六、 總結(jié)

      迭代器模式在我們的應用中很廣泛,希望本文能幫助你理解它。如有不對之處,還請不吝指正。

    posted on 2008-01-10 11:42 靈! 閱讀(229) 評論(0)  編輯  收藏 所屬分類: Java技術(shù)-基礎語法

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