迭代器模式

習題預習

1. 什麼是Iterator Pattern？
2. Iterator Pattern可以用在哪些場景中？
3. Iterator Pattern與其他Design Pattern有什麼區別？
4. 如何實作一個Iterator類別？
5. Iterator Pattern的優缺點是什麼？

說明知識

Iterator Pattern是一種設計模式，它提供了一種方法來遍歷集合物件的元素，而不需要暴露物件的內部實現細節。

在Iterator Pattern中，我們定義了一個Iterator介面，它定義了迭代器的方法，包括獲取下一個元素、是否還有下一個元素等。接著，我們在集合物件中實現一個Iterator，用於獲取集合中的元素。

舉例來說，假設我們有一個列表List，我們希望能夠瀏覽列表中的元素，這時我們可以使用Iterator Pattern。首先，我們定義一個Iterator介面如下：

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

接著，我們在List中實現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;
    }
}

最後，我們可以使用Iterator來遍歷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());
}

這樣就能夠瀏覽List中的所有元素，同時不需要暴露List的內部實現細節。

彙總重點

1. 定義:
   Iterator Pattern是一種行為型設計模式，它提供了一種通用的方式，可以將集合中的元素逐一經過存取或者處理。

2. 目的:
   Iterator Pattern旨在解決遍歷集合時，如何儲存集合元素的問題。它將集合和遍歷分開來，使得同一種集合可以有不同的遍歷方式，而不必將處理遍歷方法的程式碼耦合在集合本身的實現中。

3. 結構:
   Iterator Pattern由五個構件組成，分別是: Aggregate、ConcreteAggregate、Iterator、ConcreteIterator、Client。

4. 應用:
   Iterator Pattern適用於需要迭代訪問集合中元素的場景。如:Java中的Iterator、C#中的IEnumerator、Python中的迭代器等。它可以方便地遍歷不同資料結構，如:陣列、LinkedList、二叉樹等。

5. 優點:
   Iterator Pattern的主要優點是:取消了對集合的實作方式的束縛，使得集合和它的遍歷可以獨立演化和自由地改變。同時，Iterator Pattern為不同的集合提供了統一的遍歷介面，使得客戶端的程式碼簡潔而易懂。

6. 缺點:
   Iterator Pattern的主要缺點是:集合元素的類型只能是固定的，無法動態地加入新的元素；另外，開發者需要實作Iterator介面，增加了開發成本。

總之，Iterator Pattern的重點就是解決了集合元素的遍歷問題，把集合的遍歷和集合本身分離開來，使得集合可以獨立演化和自由地改變。這一機制可以透過Iterator的介面，統一地遍歷不同資料結構的集合。

知識測驗

1. 請說明什麼是Iterator Pattern以及其特點？

答：Iterator Pattern是一種軟體設計模式，用於提供一種方式來順序訪問一個物件的元素，而不暴露該物件的實踐細節。Iterator Pattern的主要特點是：

• 提供統一的接口去訪問容器內的元素。
• 使容器與其內部元素的訪問被分離，從而增加容器的可重複使用性。
• 在不改變容器結構的前提下，支援對內部元素的多種訪問方式。

2. Iterator Pattern中Iterator的三個基本操作是什麼？

答：Iterator Pattern中，Iterator通常需要支援三個基本操作：

• next()：返回下一個元素。
• hasNext()：檢查是否還有下一個元素。
• remove()：從容器中移除目前所指向的元素。

3. 請說明如何實現一個外部迭代器？

答：外部迭代器是指它自身代表了一個遍歷過程，從而能夠讓使用者隨意跳過、刪除與替換集合中的元素。實現一個外部迭代器通常需要以下步驟：

• 創建一個迭代器類，實現基本的Iterator介面。
• 在迭代器類中加入指向具體容器的遊標（例如，ArrayList中的index）。
• 實現基本的next()、hasNext()、remove()等方法。在remove()方法中，需要先取出目前選中的元素，同時刪除該元素，並將遊標指向下一個元素。

4. 在Java中，如何實現一個尋找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++中實現一個迭代器類？

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; 
}