在现实生活以及程序设计中,经常要访问一个聚合对象中的各个元素,如“数据结构”中的链表遍历,通常的做法是将链表的创建和遍历都放在同一个类中,但这种方式不利于程序的扩展,如果要更换遍历方法就必须修改程序源代码,这违背了 “开闭原则”。
既然将遍历方法封装在聚合类中不可取,那么聚合类中不提供遍历方法,将遍历方法由用户自己实现是否可行呢?答案是同样不可取,因为这种方式会存在两个缺点:
“迭代器模式”能较好地克服以上缺点,它在客户访问类与聚合类之间插入一个迭代器,这分离了聚合对象与其遍历行为,对客户也隐藏了其内部细节,且满足“单一职责原则”和“开闭原则”,如 Java 中的 Collection、List、Set、Map 等都包含了迭代器。
迭代器模式在生活中应用的比较广泛,比如:物流系统中的传送带,不管传送的是什么物品,都会被打包成一个个箱子,并且有一个统一的二维码。这样我们不需要关心箱子里是什么,在分发时只需要一个个检查发送的目的地即可。再比如,我们平时乘坐交通工具,都是统一刷卡或者刷脸进站,而不需要关心是男性还是女性、是残疾人还是正常人等信息。
迭代器(Iterator)模式的定义:提供一个对象来顺序访问聚合对象中的一系列数据,而不暴露聚合对象的内部表示。迭代器模式是一种对象行为型模式,其主要优点如下。
其主要缺点是:增加了类的个数,这在一定程度上增加了系统的复杂性。
在日常开发中,我们几乎不会自己写迭代器。除非需要定制一个自己实现的数据结构对应的迭代器,否则,开源框架提供的 API 完全够用。
迭代器模式是通过将聚合对象的遍历行为分离出来,抽象成迭代器类来实现的,其目的是在不暴露聚合对象的内部结构的情况下,让外部代码透明地访问聚合的内部数据。现在我们来分析其基本结构与实现方法。
迭代器模式主要包含以下角色。
其结构图如图 1 所示。
迭代器模式的实现代码如下:
package net.biancheng.c.iterator;
import java.util.*;
public class IteratorPattern {
public static void main(String[] args) {
Aggregate ag = new ConcreteAggregate();
ag.add("中山大学");
ag.add("华南理工");
ag.add("韶关学院");
System.out.print("聚合的内容有:");
Iterator it = ag.getIterator();
while (it.hasNext()) {
Object ob = it.next();
System.out.print(ob.toString() + "\t");
}
Object ob = it.first();
System.out.println("\nFirst:" + ob.toString());
}
}
//抽象聚合
interface Aggregate {
public void add(Object obj);
public void remove(Object obj);
public Iterator getIterator();
}
//具体聚合
class ConcreteAggregate implements Aggregate {
private List<Object> list = new ArrayList<Object>();
public void add(Object obj) {
list.add(obj);
}
public void remove(Object obj) {
list.remove(obj);
}
public Iterator getIterator() {
return (new ConcreteIterator(list));
}
}
//抽象迭代器
interface Iterator {
Object first();
Object next();
boolean hasNext();
}
//具体迭代器
class ConcreteIterator implements Iterator {
private List<Object> list = null;
private int index = -1;
public ConcreteIterator(List<Object> list) {
this.list = list;
}
public boolean hasNext() {
if (index < list.size() - 1) {
return true;
} else {
return false;
}
}
public Object first() {
index = 0;
Object obj = list.get(index);
;
return obj;
}
public Object next() {
Object obj = null;
if (this.hasNext()) {
obj = list.get(++index);
}
return obj;
}
}
程序运行结果如下:
【例1】用迭代器模式编写一个浏览婺源旅游风景图的程序。
分析:婺源的名胜古迹较多,要设计一个查看相关景点图片(点此下载本实例所要显示的景点图片)和简介的程序,用“迭代器模式”设计比较合适。
首先,设计一个婺源景点(WyViewSpot)类来保存每张图片的名称与简介;再设计一个景点集(ViewSpotSet)接口,它是抽象聚合类,提供了增加和删除婺源景点的方法,以及获取迭代器的方法。
然后,定义一个婺源景点集(WyViewSpotSet)类,它是具体聚合类,用 ArrayList 来保存所有景点信息,并实现父类中的抽象方法;再定义婺源景点的抽象迭代器(ViewSpotltemtor)接口,其中包含了查看景点信息的相关方法。
最后,定义婺源景点的具体迭代器(WyViewSpotlterator)类,它实现了父类的抽象方法;客户端程序设计成窗口程序,它初始化婺源景点集(ViewSpotSet)中的数据,并实现 ActionListener 接口,它通过婺源景点迭代器(ViewSpotlterator)来査看婺源景点(WyViewSpot)的信息。图 2 所示是其结构图。
程序代码如下:
package net.biancheng.c.iterator;
import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.util.ArrayList;
public class PictureIterator {
public static void main(String[] args) {
new PictureFrame();
}
}
//相框类
class PictureFrame extends JFrame implements ActionListener {
private static final long serialVersionUID = 1L;
ViewSpotSet ag; //婺源景点集接口
ViewSpotIterator it; //婺源景点迭代器接口
WyViewSpot ob; //婺源景点类
PictureFrame() {
super("中国最美乡村“婺源”的部分风景图");
this.setResizable(false);
ag = new WyViewSpotSet();
ag.add(new WyViewSpot("江湾", "江湾景区是婺源的一个国家5A级旅游景区,景区内有萧江宗祠、永思街、滕家老屋、婺源人家、乡贤园、百工坊等一大批古建筑,精美绝伦,做工精细。"));
ag.add(new WyViewSpot("李坑", "李坑村是一个以李姓聚居为主的古村落,是国家4A级旅游景区,其建筑风格独特,是著名的徽派建筑,给人一种安静、祥和的感觉。"));
ag.add(new WyViewSpot("思溪延村", "思溪延村位于婺源县思口镇境内,始建于南宋庆元五年(1199年),当时建村者俞氏以(鱼)思清溪水而名。"));
ag.add(new WyViewSpot("晓起村", "晓起有“中国茶文化第一村”与“国家级生态示范村”之美誉,村屋多为清代建筑,风格各具特色,村中小巷均铺青石,曲曲折折,回环如棋局。"));
ag.add(new WyViewSpot("菊径村", "菊径村形状为山环水绕型,小河成大半圆型,绕村庄将近一周,四周为高山环绕,符合中国的八卦“后山前水”设计,当地人称“脸盆村”。"));
ag.add(new WyViewSpot("篁岭", "篁岭是著名的“晒秋”文化起源地,也是一座距今近六百历史的徽州古村;篁岭属典型山居村落,民居围绕水口呈扇形梯状错落排布。"));
ag.add(new WyViewSpot("彩虹桥", "彩虹桥是婺源颇有特色的带顶的桥——廊桥,其不仅造型优美,而且它可在雨天里供行人歇脚,其名取自唐诗“两水夹明镜,双桥落彩虹”。"));
ag.add(new WyViewSpot("卧龙谷", "卧龙谷是国家4A级旅游区,这里飞泉瀑流泄银吐玉、彩池幽潭碧绿清新、山峰岩石挺拔奇巧,活脱脱一幅天然泼墨山水画。"));
it = ag.getIterator(); //获取婺源景点迭代器
ob = it.first();
this.showPicture(ob.getName(), ob.getIntroduce());
}
//显示图片
void showPicture(String Name, String Introduce) {
Container cp = this.getContentPane();
JPanel picturePanel = new JPanel();
JPanel controlPanel = new JPanel();
String FileName = "src/iterator/Picture/" + Name + ".jpg";
JLabel lb = new JLabel(Name, new ImageIcon(FileName), JLabel.CENTER);
JTextArea ta = new JTextArea(Introduce);
lb.setHorizontalTextPosition(JLabel.CENTER);
lb.setVerticalTextPosition(JLabel.TOP);
lb.setFont(new Font("宋体", Font.BOLD, 20));
ta.setLineWrap(true);
ta.setEditable(false);
//ta.setBackground(Color.orange);
picturePanel.setLayout(new BorderLayout(5, 5));
picturePanel.add("Center", lb);
picturePanel.add("South", ta);
JButton first, last, next, previous;
first = new JButton("第一张");
next = new JButton("下一张");
previous = new JButton("上一张");
last = new JButton("最末张");
first.addActionListener(this);
next.addActionListener(this);
previous.addActionListener(this);
last.addActionListener(this);
controlPanel.add(first);
controlPanel.add(next);
controlPanel.add(previous);
controlPanel.add(last);
cp.add("Center", picturePanel);
cp.add("South", controlPanel);
this.setSize(630, 550);
this.setVisible(true);
this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
}
@Override
public void actionPerformed(ActionEvent arg0) {
String command = arg0.getActionCommand();
if (command.equals("第一张")) {
ob = it.first();
this.showPicture(ob.getName(), ob.getIntroduce());
} else if (command.equals("下一张")) {
ob = it.next();
this.showPicture(ob.getName(), ob.getIntroduce());
} else if (command.equals("上一张")) {
ob = it.previous();
this.showPicture(ob.getName(), ob.getIntroduce());
} else if (command.equals("最末张")) {
ob = it.last();
this.showPicture(ob.getName(), ob.getIntroduce());
}
}
}
//婺源景点类
class WyViewSpot {
private String Name;
private String Introduce;
WyViewSpot(String Name, String Introduce) {
this.Name = Name;
this.Introduce = Introduce;
}
public String getName() {
return Name;
}
public String getIntroduce() {
return Introduce;
}
}
//抽象聚合:婺源景点集接口
interface ViewSpotSet {
void add(WyViewSpot obj);
void remove(WyViewSpot obj);
ViewSpotIterator getIterator();
}
//具体聚合:婺源景点集
class WyViewSpotSet implements ViewSpotSet {
private ArrayList<WyViewSpot> list = new ArrayList<WyViewSpot>();
public void add(WyViewSpot obj) {
list.add(obj);
}
public void remove(WyViewSpot obj) {
list.remove(obj);
}
public ViewSpotIterator getIterator() {
return (new WyViewSpotIterator(list));
}
}
//抽象迭代器:婺源景点迭代器接口
interface ViewSpotIterator {
boolean hasNext();
WyViewSpot first();
WyViewSpot next();
WyViewSpot previous();
WyViewSpot last();
}
//具体迭代器:婺源景点迭代器
class WyViewSpotIterator implements ViewSpotIterator {
private ArrayList<WyViewSpot> list = null;
private int index = -1;
WyViewSpot obj = null;
public WyViewSpotIterator(ArrayList<WyViewSpot> list) {
this.list = list;
}
public boolean hasNext() {
if (index < list.size() - 1) {
return true;
} else {
return false;
}
}
public WyViewSpot first() {
index = 0;
obj = list.get(index);
return obj;
}
public WyViewSpot next() {
if (this.hasNext()) {
obj = list.get(++index);
}
return obj;
}
public WyViewSpot previous() {
if (index > 0) {
obj = list.get(--index);
}
return obj;
}
public WyViewSpot last() {
index = list.size() - 1;
obj = list.get(index);
return obj;
}
}
程序运行结果如图 3 所示。
前面介绍了关于迭代器模式的结构与特点,下面介绍其应用场景,迭代器模式通常在以下几种情况使用。
由于聚合与迭代器的关系非常密切,所以大多数语言在实现聚合类时都提供了迭代器类,因此大数情况下使用语言中已有的聚合类的迭代器就已经够了。
迭代器模式常常与组合模式结合起来使用,在对组合模式中的容器构件进行访问时,经常将迭代器潜藏在组合模式的容器构成类中。当然,也可以构造一个外部迭代器来对容器构件进行访问,其结构图如图 4 所示。