迭代器模式

习题预习

1. 什么是Iterator Pattern？
2. Iterator Pattern可以用在哪些场景中？
3. Iterator Pattern与其他Design Pattern有什么区别？
4. 如何实作一个Iterator类别？
5. Iterator Pattern的优缺点是什么？

说明知识

Iterator Pattern是一种设计模式，它提供了一种方法来遍历集合物件的元素，而不需要暴露物件的内部实现细节。

在Iterator Pattern中，我们定义了一个Iterator介面，它定义了迭代器的方法，包括获取下一个元素、是否还有下一个元素等。接着，我们在集合物件中实现一个Iterator，用于获取集合中的元素。

举例来说，假设我们有一个列表List，我们希望能够浏览列表中的元素，这时我们可以使用Iterator Pattern。首先，我们定义一个Iterator介面如下：

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

接着，我们在List中实现Iterator如下：

public class ListIterator implements Iterator {
    private List list;
    private int index;
    
    public ListIterator(List list) {
        this.list = list;
        this.index = 0;
    }
    
    public boolean hasNext() {
        return index < list.size();
    }
    
    public Object next() {
        Object obj = list.get(index);
        index++;
        return obj;
    }
}

最后，我们可以使用Iterator来遍历List中的元素：

List list = new ArrayList();
list.add("A");
list.add("B");
list.add("C");

Iterator iterator = new ListIterator(list);
while(iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

这样就能够浏览List中的所有元素，同时不需要暴露List的内部实现细节。

条列重点

1. 定义:
   Iterator Pattern是一种行为型设计模式，它提供了一种通用的方式，可以将集合中的元素逐一经过存取或者处理。

2. 目的:
   Iterator Pattern旨在解决遍历集合时，如何储存集合元素的问题。它将集合和遍历分开来，使得同一种集合可以有不同的遍历方式，而不必将处理遍历方法的程式码耦合在集合本身的实现中。

3. 结构:
   Iterator Pattern由五个构件组成，分别是: Aggregate、ConcreteAggregate、Iterator、ConcreteIterator、Client。

4. 应用:
   Iterator Pattern适用于需要迭代访问集合中元素的场景。如:Java中的Iterator、C#中的IEnumerator、Python中的迭代器等。它可以方便地遍历不同资料结构，如:阵列、LinkedList、二叉树等。

5. 优点:
   Iterator Pattern的主要优点是:取消了对集合的实作方式的束缚，使得集合和它的遍历可以独立演化和自由地改变。同时，Iterator Pattern为不同的集合提供了统一的遍历介面，使得客户端的程式码简洁而易懂。

6. 缺点:
   Iterator Pattern的主要缺点是:集合元素的类型只能是固定的，无法动态地加入新的元素；另外，开发者需要实作Iterator介面，增加了开发成本。

总之，Iterator Pattern的重点就是解决了集合元素的遍历问题，把集合的遍历和集合本身分离开来，使得集合可以独立演化和自由地改变。这一机制可以透过Iterator的介面，统一地遍历不同资料结构的集合。

知识测验

1. 请说明什么是Iterator Pattern以及其特点？

答：Iterator Pattern是一种软体设计模式，用于提供一种方式来顺序访问一个物件的元素，而不暴露该物件的实践细节。Iterator Pattern的主要特点是：

• 提供统一的接口去访问容器内的元素。
• 使容器与其内部元素的访问被分离，从而增加容器的可重复使用性。
• 在不改变容器结构的前提下，支援对内部元素的多种访问方式。

2. Iterator Pattern中Iterator的三个基本操作是什么？

答：Iterator Pattern中，Iterator通常需要支援三个基本操作：

• next()：返回下一个元素。
• hasNext()：检查是否还有下一个元素。
• remove()：从容器中移除目前所指向的元素。

3. 请说明如何实现一个外部迭代器？

答：外部迭代器是指它自身代表了一个遍历过程，从而能够让使用者随意跳过、删除与替换集合中的元素。实现一个外部迭代器通常需要以下步骤：

• 创建一个迭代器类，实现基本的Iterator介面。
• 在迭代器类中加入指向具体容器的游标（例如，ArrayList中的index）。
• 实现基本的next()、hasNext()、remove()等方法。在remove()方法中，需要先取出目前选中的元素，同时删除该元素，并将游标指向下一个元素。

4. 在Java中，如何实现一个寻找vector中的最大元素的例子？

答：

import java.util.*;

public class VectorIteratorExample {
   public static void main(String[] args) {
      Vector<Integer> nums = new Vector<Integer>(Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5));
      Iterator<Integer> itr = nums.iterator();
      int max = nums.get(0);
      while (itr.hasNext()) {
         int num = itr.next();
         if (num > max) {
            max = num;
         }
      }
      System.out.println("The maximum element in the vector is: " + max);
   }
}

5. 如何在C++中实现一个迭代器类？

答：

#include <iostream> 

using namespace std; 

template <class T> 

class MyIterator 
{ 
   T* p; 

public: 
   MyIterator(T* x = NULL) { p = x; } 

   T& operator*() { return *p; } 

   T* operator->() { return p; } 

   MyIterator operator++() { p++; return *this; } 

   MyIterator operator++(int) { MyIterator tmp(*this); operator++(); return tmp; } 

   bool operator==(const MyIterator& rhs) const { return p == rhs.p; } 

   bool operator!=(const MyIterator& rhs) const { return p != rhs.p; } 
}; 

int main() 
{ 
   int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5 }; 

   MyIterator<int> i; 
   for (i = arr; i != (arr + 5); i++) { 
      cout << *i << " "; 
   } 

   return 0; 
}