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 {     IIterator GetIterator(); }

 

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();     Object CurrentItem();     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 IIterator GetIterator()     {         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 ConcreteList list;     private int index;     public ConcreteIterator(ConcreteList list)     {         this.list = list;           index = 0;     }     public bool MoveNext()     {         if (index < list.Length)             return true;         else             return false;     }       public Object CurrentItem()     {         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)     {         IIterator iterator;         IList list = 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 {     IEumerator GetEnumerator(); }

 

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 IEnumerator GetEnumerator()     {         return new PersonsEnumerator(this);     } }     public class PersonsEnumerator : IEnumerator {     private int index = -1;       private Persons P;       public PersonsEnumerator(Persons P)     {         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)     {         Persons arrPersons = 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)     {           Persons arrPersons = new Persons("Michel","Christine","Mathieu","Julien");             IEnumerator e = 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 IEnumerator GetEnumerator()     {         foreach (string s in m_Names)         {             yield return s;         }     } }   class Program {     static void Main(string[] args)     {         Persons arrPersons = 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)》

欢迎访问最专业的网吧论坛,无盘论坛,网吧经营,网咖管理,网吧专业论坛 https://bbs.txwb.com 关注天下网吧微信/下载天下网吧APP/天下网吧小程序，一起来超精彩