迭代器模式【行为模式C++】

1.简介

迭代器模式是一种行为设计模式，让你能在不暴露集合（聚合对象）底层表现形式（列表、栈和树等）的情况下遍历集合（聚合对象）中所有的元素。

迭代器的意义就是将这个行为抽离封装起来，这样客户端只需要调用合适的迭代器，来进行对应的遍历，而不用自己去实现这一行为。

2、结构

迭代器模式主要由以下几个结构组成：

迭代器（Iterator）：定义访问和遍历聚合对象中元素的接口，包括获取下一个元素、判断是否还有下一个元素等方法。
具体迭代器（Concrete Iterator）：实现迭代器接口，存储聚合对象的当前状态，负责遍历聚合对象中的元素。
聚合对象（Aggregate）：定义创建相应迭代器对象的接口，一般是一个集合类，如列表、数组等。
具体聚合对象（Concrete Aggregate）：实现聚合对象接口，创建具体迭代器对象，可以通过实现不同的聚合对象来提供不同方式的遍历。

在迭代器模式中，客户端通过获取聚合对象的迭代器，使用迭代器的方法遍历聚合对象中的元素，而无需暴露聚合对象的内部表示。这样可以提高系统的灵活性和可扩展性，同时也降低了聚合对象与迭代器之间的耦合度。

3、实现方式

3.1、案例引入

说到迭代器，大家应该很容易就想到在集合中的迭代器遍历集合的场景，这里我们就通过迭代器模式，自定义简单的集合和迭代器，模拟使用迭代器遍历集合的场景。

3.2、结构分析

在上述场景中，结构分别对应迭代器模式中的角色：

Container：对应迭代器模式中的抽象聚合类
ConcreteContainer：对应迭代器模式中的具体的聚合类
Iterator：对应迭代器模式中的抽象迭代器类；
ConcreteIterator：对应迭代器模式中的具体迭代器类；

3.3、具体实现

只在一个.cpp里实现，实际项目中建议分成多个文件

#pragma once

#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <vector>
#include <list>
#include <string>

using namespace std;

//1. 定义迭代器接口
class Iterator
{
public:
	// 下一个
	virtual int getNext() = 0;

	// 是否有下一个
	virtual bool hasMore() = 0;

};

//2. 定义容器接口
class Container
{
public:
	virtual Iterator* create_iterator() = 0;
};


//3. 定义具体迭代器
class ConcreteIterator : public Iterator
{
public:
	// 构造函数,初始化成员变量
	ConcreteIterator(std::vector<int> data) : m_data(data), index(0) {}

	// 下一个
	virtual int getNext() {
		return m_data[index++];
	}

	// 是否有下一个
	virtual bool hasMore() {
		return index < m_data.size();
	}

private:
	std::vector<int> m_data;
	int index;

};

// 4.定义具体容器
class ConcreteContainer : public Container
{
public:
	// 构造函数
	ConcreteContainer(std::vector<int> data) : m_data(data) {}

	// 创建迭代器
	virtual Iterator* create_iterator() {
		return new ConcreteIterator(m_data);
	}

private:
	std::vector<int> m_data;

};

int main()
{
	//1. 创建容器
	std::vector<int> data = { 10, 20, 30, 40, 50 };
	Container* container = new ConcreteContainer(data);
	//2.创建迭代器
	Iterator* iterator = container->create_iterator();

	//3. 迭代器输出
	while (iterator->hasMore()) {
		std::cout << iterator->getNext() << " ";
	}

	// 清除
	delete iterator;
	delete container;
	iterator = nullptr;
	container = nullptr;
	return 0;
}

3.4 运行结果

4.迭代器模式的优缺点

优点：

符合单一职责原则。将遍历行为抽离成单独的类。
符合开闭原则。添加新集合或者新迭代器，不改变原有代码
代码复用性好。由于迭代器模式将遍历集合的代码封装到迭代器中，因此我们可以将同样的迭代器应用于不同的集合对象，从而减少了重复的代码;
可以并行遍历同一集合。因为每个迭代器对象都包含其自身的遍历状态。

缺点：

若对聚合对象只需要进行简单的遍历行为，那使用迭代器模式有些大材小用。
系统复杂性提高，类数量较多。

5、应用场景

在遍历集合元素时，不希望暴露集合内部的表示方式和数据结构，而是希望通过统一的接口进行操作。迭代器模式使得我们可以将遍历行为封装在迭代器对象中，并把迭代器对象作为集合类的成员，从而达到这个目的；
当需要支持多种遍历方式时，可以使用迭代器模式。例如，在一个列表中，需要实现从前向后和从后向前两种遍历方式，使用迭代器模式非常方便地实现这样的需求；
需要提供一种通用的遍历机制，使得不同类型的集合对象都可以被遍历。由于迭代器模式将遍历过程封装在迭代器中，因此我们可以为每一种集合对象都提供一个对应的迭代器；
当需要对集合对象进行复杂的遍历操作时，可以使用迭代器模式。例如，有些集合对象可能需要在遍历过程中进行筛选、排序等处理，这些逻辑可以在迭代器中完成，从而使得客户端代码保持简洁。

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