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迭代器模式

author iconJava陈序员原创💡calendar icon2022年6月26日category icon
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迭代器模式

1.1 应用实例

1.1.1 业务需求

编写程序展示一个学校院系结构：需求是这样，要在一个页面中展示出学校的院系组成，一个学校有多个学院，一个学院有多个系。如图：

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1.1.2 设计方案(类图)

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1.1.3 问题分析

  1. 将学院看做是学校的子类，系是学院的子类，这样实际上是站在组织大小来进行分层次的。

  2. 实际上我们的要求是 ：在一个页面中展示出学校的院系组成，一个学校有多个学院，一个学院有多个系，因此这种方案，不能很好实现的遍历的操作。

1.2 迭代器模式

1.2.1 基本介绍

  1. 迭代器模式（Iterator Pattern）是常用的设计模式，属于行为型模式。
  2. 如果我们的集合元素是用不同的方式实现的，有数组，还有 Java 的集合类，或者还有其他方式，当客户端要遍历这些集合元素的时候就要使用多种遍历方式，而且还会暴露元素的内部结构，可以考虑使用迭代器模式解决。
  3. 迭代器模式，提供一种遍历集合元素的统一接口，用一致的方法遍历集合元素，不需要知道集合对象的底层表示，即：不暴露其内部的结构。

1.2.2 原理类图

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对原理类图的说明-即(迭代器模式的角色及职责)

  1. Iterator: 迭代器接口，是系统提供，包含 hasNext()、 next()、 remove()
  2. ConcreteIterator: 具体的迭代器类，管理迭代
  3. Aggregate: 一个统一的聚合接口， 将客户端和具体聚合解耦
  4. ConcreteAggreage: 具体的聚合持有对象集合， 并提供一个方法，返回一个迭代器， 该迭代器可以正确遍历集合

1.2.3 代码实现

  1. 使用迭代器模式实现遍历所有学院中专业的遍历。

  2. 设计思路分析

    image-20220731155814990

  3. 代码实现

    public class Department {

    // 专业名称
    private String name;

    // 描述
    private String description;

    public Department(String name, String description) {
        this.name = name;
        this.description = description;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getDescription() {
        return description;
    }

    public void setDescription(String description) {
        this.description = description;
    }
}

    public class ComputerCollegeIterator implements Iterator {

    Department[] departments;
    // 遍历的位置
    int position = 0;

    public ComputerCollegeIterator(Department[] departments) {
        this.departments = departments;
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {
        if (position >= departments.length || departments[position] == null) {
            return false;
        } else {
            return true;
        }
    }

    @Override
    public Object next() {
        Department department = departments[position];
        position += 1;
        return department;
    }
}

    public class InfoCollegeIterator implements Iterator {

    List<Department> departments;

    // 索引
    int index = -1;

    public InfoCollegeIterator(List<Department> departments) {
        this.departments = departments;
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {

        if (index >= departments.size() - 1) {
            return false;
        } else {
            index += 1;
            return true;
        }
    }

    @Override
    public Object next() {
        return departments.get(index);
    }
}

    public interface College {

    String getName();

    Iterator iterator();

    void addDepartment(String name, String description);

}

    public class ComputerCollege implements College{

    Department[] departments;

    // 保存当前数组的对象个数
    int numbersOfDepartment = 0;

    public ComputerCollege() {
        this.departments = new Department[5];
        addDepartment("软件工程", "软件工程");
        addDepartment("数字媒体与技术", "数字媒体与技术");
        addDepartment("计算机科学", "计算机科学");
    }

    @Override
    public String getName() {
        return "计算机学院";
    }

    @Override
    public Iterator iterator() {
        return new ComputerCollegeIterator(departments);
    }

    @Override
    public void addDepartment(String name, String description) {
        Department department = new Department(name, description);
        departments[numbersOfDepartment] = department;
        numbersOfDepartment += 1;
    }
}

    public class InfoCollegeIterator implements Iterator {

    List<Department> departments;

    // 索引
    int index = -1;

    public InfoCollegeIterator(List<Department> departments) {
        this.departments = departments;
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {

        if (index >= departments.size() - 1) {
            return false;
        } else {
            index += 1;
            return true;
        }
    }

    @Override
    public Object next() {
        return departments.get(index);
    }
}

    public class Print {

    List<College> colleges;

    public Print(List<College> colleges) {
        this.colleges = colleges;
    }

    // 打印学员信息
    public void print() {
        Iterator<College> iterator = colleges.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            College next = iterator.next();
            System.out.println("=====" + next.getName() +"=====");
            printDepartment(next);
        }
    }

    // 打印专业信息
    public void printDepartment(College college) {
        Iterator iterator = college.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Department next = (Department) iterator.next();
            System.out.println("专业:" + next.getName() + " 描述:" + next.getDescription());
        }
    }
}

    public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        List<College> collegeList = new ArrayList<>();
        collegeList.add(new ComputerCollege());
        collegeList.add(new InfoCollege());

        Print print = new Print(collegeList);
        print.print();

        // 输出
        // =====计算机学院=====
        // 专业:软件工程 描述:软件工程
        // 专业:数字媒体与技术 描述:数字媒体与技术
        // 专业:计算机科学 描述:计算机科学
        //  =====信息工程学院=====
        // 专业:网络安全 描述:网络安全
        // 专业:信息安全 描述:信息安全
        // 专业:人工智能安全 描述:人工智能安全
    }
}

1.3 迭代器模式在JDK-ArrayList 集合应用的源码分析

  1. JDK 的 ArrayList 集合中就使用了迭代器模式

  2. 代码分析+类图+说明

    public class IteratorTest {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("张三");
        list.add("李四");
        list.add("王五");
        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

    image-20220731161524749

  3. 对类图的角色分析和说明

    • 内部类 Itr 充当具体实现迭代器 Iterator 的类， 作为 ArrayList 内部类
    • List 就是充当了聚合接口，含有一个 iterator() 方法，返回一个迭代器对象
    • ArrayList 是实现聚合接口List 的子类，实现了 iterator()
    • 迭代器模式解决了 不同集合(ArrayList 、LinkedList) 统一遍历问题

1.4 迭代器模式的注意事项和细节

  • 优点

    1. 提供一个统一的方法遍历对象，客户不用再考虑聚合的类型，使用一种方法就可以遍历对象了。
    2. 隐藏了聚合的内部结构，客户端要遍历聚合的时候只能取到迭代器，而不会知道聚合的具体组成。
    3. 提供了一种设计思想，就是一个类应该只有一个引起变化的原因（叫做单一责任原则）。在聚合类中，我们把迭代器分开，就是要把管理对象集合和遍历对象集合的责任分开，这样一来集合改变的话，只影响到聚合对象。而如果遍历方式改变的话，只影响到了迭代器。
    4. 当要展示一组相似对象，或者遍历一组相同对象时使用, 适合使用迭代器模式。

  • 缺点 每个聚合对象都要一个迭代器，会生成多个迭代器不好管理类。

没有最好，只有更好！
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