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(第Ⅳ部分 行为型模式篇) 第17章 迭代器模式（I

系统 2013 0
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。
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
Iterator 模式结构图如下：
图1 Iterator模式结构图
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
Iterator 模式解说
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。下面看一个简单的示意性例子，类结构图如下：
图3 示例代码结构图
首先有一个抽象的聚集，所谓的聚集就是就是数据的集合，可以循环去访问它。它只有一个方法GetIterator()让子类去实现，用来获得一个迭代器对象。
/**/ /// <summary>

/// 抽象聚集

/// </summary>

public interface IList

{
IIteratorGetIterator();
}
抽象的迭代器，它是用来访问聚集的类，封装了一些方法，用来把聚集中的数据按顺序读取出来。通常会有MoveNext()、CurrentItem()、Fisrt()、Next()等几个方法让子类去实现。
/**/ /// <summary>

/// 抽象迭代器

/// </summary>

public interface IIterator
{
bool MoveNext();

ObjectCurrentItem();

void First();

void Next();
}
具体的聚集，它实现了抽象聚集中的唯一的方法，同时在里面保存了一组数据，这里我们加上Length属性和GetElement()方法是为了便于访问聚集中的数据。
/**/ /// <summary>

/// 具体聚集

/// </summary>

public class ConcreteList:IList
{
int []list;

public ConcreteList()

{
list = new int [] { 1 , 2 , 3 , 4 , 5 } ;
}

public IIteratorGetIterator()

{
return new ConcreteIterator( this );
}

public int Length

{
get { return list.Length;}
}

public int GetElement( int index)

{
return list[index];
}
}
具体迭代器，实现了抽象迭代器中的四个方法，在它的构造函数中需要接受一个具体聚集类型的参数，在这里面我们可以根据实际的情况去编写不同的迭代方式。
/**/ /// <summary>

/// 具体迭代器

/// </summary>

public class ConcreteIterator:IIterator

{
private ConcreteListlist;

private int index;

public ConcreteIterator(ConcreteListlist)

{
this .list = list;

index = 0 ;
}

public bool MoveNext()

{
if (index < list.Length)

return true ;

else

return false ;
}

public ObjectCurrentItem()

{
return list.GetElement(index);
}

public void First()

{
index = 0 ;
}

public void Next()

{
if (index < list.Length)

{
index ++ ;
}
}
}
简单的客户端程序调用：
/**/ /// <summary>

/// 客户端程序

/// </summary>

class Program

{
static void Main( string []args)

{
IIteratoriterator;

IListlist = new ConcreteList();

iterator = list.GetIterator();

while (iterator.MoveNext())

{
int i = ( int )iterator.CurrentItem();
Console.WriteLine(i.ToString());

iterator.Next();
}

Console.Read();

}

}
一个简单的迭代器示例就结束了，这里我们并没有利用任何的.NET特性，在C#中，实现Iterator模式已经不需要这么麻烦了，已经C#语言本身就有一些特定的实现，下面会说到。
.NET 中的Iterator模式
在.NET下实现Iterator模式，对于聚集接口和迭代器接口已经存在了，其中IEnumerator扮演的就是迭代器的角色，它的实现如下：
public interface IEumerator

{
object Current
{
get ;
}

bool MoveNext();

void Reset();

}
属性Current返回当前集合中的元素，Reset()方法恢复初始化指向的位置，MoveNext()方法返回值true表示迭代器成功前进到集合中的下一个元素，返回值false表示已经位于集合的末尾。能够提供元素遍历的集合对象，在.Net中都实现了IEnumerator接口。
IEnumerable 则扮演的就是抽象聚集的角色，只有一个GetEnumerator()方法，如果集合对象需要具备跌代遍历的功能，就必须实现该接口。
public interface IEnumerable

{
IEumeratorGetEnumerator();
}
下面看一个在 .NET1.1 下的迭代器例子，Person类是一个可枚举的类。PersonsEnumerator类是一个枚举器类。这个例子来自于 http://www.theserverside.net/ ，被我简单的改造了一下。
public class Persons:IEnumerable

{
public string []m_Names;

public Persons( params string []Names)
{
m_Names = new string [Names.Length];

Names.CopyTo(m_Names, 0 );
}

private string this [ int index]
{
get
{
return m_Names[index];
}

set
{
m_Names[index] = value;
}
}

public IEnumeratorGetEnumerator()
{
return new PersonsEnumerator( this );
}
}


public class PersonsEnumerator:IEnumerator
{
private int index = - 1 ;

private PersonsP;

public PersonsEnumerator(PersonsP)
{
this .P = P;
}

public bool MoveNext()
{
index ++ ;

return index < P.m_Names.Length;
}

public void Reset()
{
index = - 1 ;
}

public object Current
{
get

{
return P.m_Names[index];
}
}
}
来看客户端代码的调用：
class Program
{
static void Main( string []args)
{
PersonsarrPersons = new Persons( " Michel " , " Christine " , " Mathieu " , " Julien " );

foreach ( string s in arrPersons)

{
Console.WriteLine(s);
}

Console.ReadLine();
}
}
程序将输出：
Michel

Christine

Mathieu

Julien
现在我们分析编译器在执行foreach语句时到底做了什么，它执行的代码大致如下：
class Program

{
static void Main( string []args)
{
PersonsarrPersons = new Persons( " Michel " , " Christine " , " Mathieu " , " Julien " );

IEnumeratore = arrPersons.GetEnumerator();

while (e.MoveNext())
{
Console.WriteLine(( string )e.Current);

}

Console.ReadLine();
}
}
可以看到这段代码跟我们最前面提到的示例代码非常的相似。同时在这个例子中，我们把大部分的精力都花在了实现迭代器和可迭代的类上面，在.NET2.0下面，由于有了yield return关键字，实现起来将更加的简单优雅。下面我们把刚才的例子在2.0下重新实现一遍：
public class Persons:IEnumerable
{
string []m_Names;

public Persons( params string []Names)
{
m_Names = new string [Names.Length];

Names.CopyTo(m_Names, 0 );
}

public IEnumeratorGetEnumerator()
{
foreach ( string s in m_Names)
{
yield return s;
}
}
}

class Program
{
static void Main( string []args)
{
PersonsarrPersons = new Persons( " Michel " , " Christine " , " Mathieu " , " Julien " );

foreach ( string s in arrPersons)
{
Console.WriteLine(s);
}

Console.ReadLine();
}
}
程序将输出：
Michel

Christine

Mathieu

Julien
实现相同的功能，由于有了yield return关键字，变得非常的简单。好了，关于.NET中的Iterator模式就说这么多了，更详细的内容大家可以参考相关的资料。
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)。
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。
参考资料
Erich Gamma 等，《设计模式：可复用面向对象软件的基础》，机械工业出版社
Robert C.Martin ，《敏捷软件开发：原则、模式与实践》，清华大学出版社
阎宏，《Java与模式》，电子工业出版社
Alan Shalloway James R. Trott ，《Design Patterns Explained》，中国电力出版社
MSDN WebCast 《C#面向对象设计模式纵横谈(18)：Iterator 迭代器模式(行为型模式)》

(第Ⅳ部分 行为型模式篇) 第17章 迭代器模式（Iterator Pattern）


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