设计模式之迭代器模式

2023-11-11

迭代器模式

1. 需求

编写程序展示一个学校院系结构:一个学校中有多个院,一个学院中有多个系
效果图:
在这里插入图片描述

2.解决方案

使用迭代器模式进行遍历,将数据的存储和数据的遍历进行分离
在这里插入图片描述

3.迭代器模式的简单介绍
  1. 迭代器模式(Iterator Pattern)属于一种常见的设计模式,属于行为型模式
  2. 如果我们的集合元素是用不同的方式实现(array or list or …),当客户端遍历这些集合元素的时候就要使用多种遍历方式,而且还会暴露元素的内部细节.因此使用迭代器模式解决
  3. 该模式提供了一种遍历集合元素的同一接口(Iterator),从高层来看,使用了一致的方式遍历集合元素,同时不会暴露内部细节。
  4. 迭代器模式的核心: 将遍历数据的方式和存放数据的方式进行分离。
  5. 迭代器模式中的角色:
    • 抽象聚合(Aggregate)角色:定义存储、添加、删除聚合对象以及创建迭代器对象的接口。【JDK提供了该接口】
    • 具体聚合(ConcreteAggregate)角色:实现抽象聚合类,返回一个具体迭代器的实例。
    • 抽象迭代器(Iterator)角色:定义访问和遍历聚合元素的接口,通常包含 hasNext()、first()、next() 等方法。
    • 具体迭代器(Concretelterator)角色:实现抽象迭代器接口中所定义的方法,完成对聚合对象的遍历,记录遍历的当前位置。
4.代码实现

1.uml

在这里插入图片描述

2.代码一览

//1.提供数据源
package com.liz.GOF23.iterator.college;

//数据元(数据元素)
public class Department {
    private String name;
    //描述
    private String desc;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public Department(String name, String desc) {
        this.name = name;
        this.desc = desc;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getDesc() {
        return desc;
    }

    public void setDesc(String desc) {
        this.desc = desc;
    }
}

//!! 注:抽象迭代器Iterator在系统中已经提供,无需自己手动编写,直接实现接口即可

//具体迭代器,定义了以List形式存储的遍历思路
//此处以List方式存放Department
public class InfoCollegeIterator implements Iterator {
    List<Department> departmentList;
    int index = -1;//索引

    //构造器 => 内部注入Department
    public InfoCollegeIterator(List<Department> departmentList){
        this.departmentList = departmentList;
    }

    //判断集合中还有没有下一个元素
    @Override
    public boolean hasNext() {
        if(index >= departmentList.size() - 1){
            return false;
        }else{
            index +=1;//由于起始点是 -1
            return true;
        }
    }

    @Override
    public Object next() {
        return departmentList.get(index);
    }

    //空实现remove方法
    public void remove(){

    }
}

//具体迭代器,定义了以数组形式存储的遍历思路
//此处以数组方式存放Department
public class ComputerCollegeIterator implements Iterator {

    Department[] departments;
    int position = 0;//遍历的位置

    //将数据注入迭代器
    public ComputerCollegeIterator(Department[]departments){
        this.departments = departments;
    }
    //判断是否还有下一个
    @Override
    public boolean hasNext() {
        if(position >= departments.length || departments[position] == null){
            return false;
        }else{
            return true;
        }
    }

    @Override
    public Object next() {
        Department department = departments[position];
        position+=1;//后移一位
        return department;
    }

    @Override
    public void remove() {
        //暂时不需要删除方法 默认实现..
    }
}

注: 以上代码已经将迭代器实现完毕,接下来实现数据的存储以及将迭代器放入到聚合角色中

//抽象聚合(内部具体实现了对数据的初始化,同时获取迭代器)
public interface College {
    public String getName();
    //增加系的方法
    public void addDepartment(String name,String desc);

    //返回一个迭代器,遍历
    public Iterator createIterator();
}
//具体聚合1
public class ComputerCollege implements College {
    //数据在此处以 数组形式存储
    Department[] departments;
    int numOfDepartment = 0;//保存当前数组的对象个数
    @Override
    public String getName() {
        return "计算机学院";
    }
    //init_data
    public ComputerCollege(){
        departments = new Department[5];
        addDepartment("java","java专业");
        addDepartment("php","php专业");
        addDepartment("c","c专业");
        addDepartment("c++","c++专业");
        addDepartment("python","python专业");
    }
    @Override
    public void addDepartment(String name, String desc) {
        //真正的数据
        Department department = new Department(name, desc);
        departments[numOfDepartment] = department;
        numOfDepartment+=1;
    }

    //获取一个迭代器对象
    @Override
    public Iterator createIterator() {
        return new ComputerCollegeIterator(departments);
    }
}
//具体聚合2
public class InfoCollege implements College {
    //数据在此处以列表形式存储
    List<Department> departmentList;

    public InfoCollege(){
        departmentList = new ArrayList<Department>();
        addDepartment("信息安全","信息安全专业");
        addDepartment("网络安全","网络安全专业");
        addDepartment("服务器安全","服务器安全专业");
    }

    @Override
    public String getName() {
        return "信息工程学院";
    }

    @Override
    public void addDepartment(String name, String desc) {
        Department department = new Department(name,desc);
        departmentList.add(department);
    }

    //获取迭代器对象
    @Override
    public Iterator createIterator() {
        return new InfoCollegeIterator(departmentList);
    }
}

注:在具体聚合中,注意createIterator()方法,内部实例化具体的迭代器对象
此方法将迭代器对象绑定入聚合对象,同时,迭代器对象可以操作聚合对象内部的数据
(设计的过于巧妙了…)

//输出所有的信息(遍历细节)
public class OutPut {
    //学院集合
    List<College> collegeList;
    public OutPut(List<College> collegeList){
        this.collegeList = collegeList;
    }
    //遍历所有的学院,调用printDepartment输出各个学院的系
    public void printCollege(){
        //从college中取出所有的学院,java中List已经实现了iterator
        Iterator<College> iterator = collegeList.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            //取出一个学院
            College c = iterator.next();
            //输出学院的名称
            System.out.println("学院名称:"+c.getName());
            //打印系信息
            printDepartment(c.createIterator());//得到对应的迭代器
            System.out.println("-------------------------");
        }

    }
    //输出信息(系)
    public void printDepartment(Iterator iterator){
        while(iterator.hasNext()){
            //从list0开始向后遍历
            Department d = (Department) iterator.next();
            System.out.println("系名称:"+d.getName());
            System.out.println("系描述:"+d.getDesc());
        }

    }

}

//client
    public static void main(String[] args) {
        //创建学院
        List<College> collegeList = new ArrayList<>();

        ComputerCollege computerCollege = new ComputerCollege();
        InfoCollege infoCollege = new InfoCollege();
		
		//调整注入的数据
        collegeList.add(computerCollege);
        collegeList.add(infoCollege);

        OutPut outPut = new OutPut(collegeList);
        outPut.printCollege();

    }
}

输出结果:
在这里插入图片描述
注:可以调整client中的注入的数据,从而实现不同形式的遍历

迭代器模式的细节

优点:

  1. 提供了一个统一的方法遍历对象,客户不需要再考虑聚合的类型,使用一种方法就可以遍历对象了
  2. 隐藏了聚合的内部结构,客户端要遍历聚合的时候只能取到迭代器,而隐藏了聚合逻辑
  3. 提供了一种设计思想,一个类只有一个引起变化的原因(单一责任原则),在聚合类中,我们把迭代器分开,就是要把管理对象集合和遍历对象集合的责任进行分开。如果集合改变了,只会影响到对象,如果遍历方式改变了,只会影响迭代器
  4. 当展示一组相似对象的时候,或者遍历一组相同对象的时候,适合使用迭代器模式

缺点: 每一个聚合对象都需要一个迭代器,导致生成多个迭代器不好管理类。

参考资料: 韩顺平java设计模式

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