一:概念
迭代模式是行为模式之一,它把对容器中包含的内部对象的访问委让给外部类,使用Iterator(遍历)按顺序进行遍历访问的设计模式。
在应用Iterator模式之前,首先应该明白Iterator模式用来解决什么问题。或者说,如果不使用Iterator模式,会存在什么问题?
1.由容器自己实现顺序遍历。直接在容器类里直接添加顺序遍历方法 2.让调用者自己实现遍历。直接暴露数据细节给外部。
以上方法1与方法2都可以实现对遍历,这样有问题呢?
1,容器类承担了太多功能:一方面需要提供添加删除等本身应有的功能;一方面还需要提供遍历访问功能。 2,往往容器在实现遍历的过程中,需要保存遍历状态,当跟元素的添加删除等功能夹杂在一起,很容易引起混乱和程序运行错误等。
Iterator模式就是为了有效地处理按顺序进行遍历访问的一种设计模式,简单地说,Iterator模式提供一种有效的方法,可以屏蔽聚集对象集合的容器类的实现细节,而能对容器内包含的对象元素按顺序进行有效的遍历访问。
所以,Iterator模式的应用场景可以归纳为满足以下几个条件:
1.访问容器中包含的内部对象; 2.按顺序访问
二:动机
在软件构建过程中,集合对象内部结构常常变化各异。但对于这些集合对象,我们希望在不暴露其内部结构的同时,可以让外部客户代码透明的访问其中包含的元素;同时这种“透明遍历”也为“同一种算法在多种集合对象上进行操作”提供了可能。
使用面向对象技术将这种遍历机制抽象为“迭代器对象”为“因对变化中的集合对象”提供了一种优雅的方式。
三:模式定义
提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素,而又不暴露(隔离变化,稳定)该对象的内部表示。——《设计模式》GoF
这种方式在C++现在来说已经过时了,因为泛型编程和STL中实现了迭代器。
迭代器模式最核心缺点就是出现在面向对象上,虚函数调用是有性能成本的,需要绕一个虚函数的表指针,然后找到函数地址,才能去调用,要经过指针间接运算。当循环次数太高后,性能就会被削减。
泛型编程中优点:迭代器是使用模板来实现的,而模板(也是一种多态技术),但是他实现的多态是编译时多态,编译器会在编译时判断具体是调用哪段代码。
虚函数是运行时多态,运行时多态性能低于编译时多态,编译时多态不需要计算他的地址了,因此STL性能高于面向对象模式迭代器,功能也更多。
四:类图(结构)
五:代码讲解
(一)Iterator基类
template<typename T> class Iterator { public:virtual void first() = 0;virtual void next() = 0;virtual bool isDone() const = 0;virtual T& current() = 0; };
(二)基类Collection返回迭代器
template<typename T> class MyCollection{public:Iterator<T> GetIterator(){//... }};
(三)子类CollectionIterator实现迭代方法
template<typename T> class CollectionIterator : public Iterator<T>{MyCollection<T> mc; public:CollectionIterator(const MyCollection<T> & c): mc(c){ }void first() override {}void next() override {}bool isDone() const override{}T& current() override{} };
(四)进行调用
void MyAlgorithm() {MyCollection<int> mc;Iterator<int> iter= mc.GetIterator();for (iter.first(); !iter.isDone(); iter.next()){cout << iter.current() << endl;}}
六:要点总结
(一)Java,C#类库是按照上面实现,因为毕竟没有编译时多态,现在C++基本没有这种实现,随着技术的发展,有些设计模式会过时,但是思想不会过时。
(二)迭代抽象:访问一个聚合对象的内容而无需暴露他的内部表示
(三)迭代多态:为遍历不同的集合结构提供一个统一的接口,从而支持同样的算法在不同的集合结构上进行操作。
(四)迭代器的健壮性考虑:遍历的同时更改迭代器所在的集合结构,会导致问题。
七:案例实现
(一)实现迭代器基类
class Iterator { public:virtual void first() = 0;virtual void next() = 0;virtual bool isDone() const= 0;virtual int& current() = 0;virtual ~Iterator(){} };
(二)实现聚合基类
class Aggregate { public:virtual Iterator* CreateIntertor() = 0;virtual int getSize() = 0;virtual int getItem(int index) = 0;virtual ~Aggregate(){} };
(三)实现具体迭代器子类
class ConcreteIterator :public Iterator { private:Aggregate* _ag;int _idx; public:ConcreteIterator(Aggregate* ag){_ag = ag;_idx = 0;}virtual void first(){_idx = 0;}virtual void next(){if (_idx<_ag->getSize())_idx++;}virtual bool isDone() const{return _idx == _ag->getSize();}virtual int current(){return _ag->getItem(_idx);} };
(四)实现聚合子类
class ConcreteAggregate :public Aggregate { private:int *Object;int size; public:ConcreteAggregate(int size){Object = (int *)malloc(size*sizeof(int));for (int i = 0; i < size; i++)Object[i] = i*i;this->size = size;}virtual Iterator* CreateIntertor(){return new ConcreteIterator(this);}virtual int getSize(){return this->size;}virtual int getItem(int index){return this->Object[index];}~ConcreteAggregate(){delete Object;} };
(五)结果测试
int main() {Aggregate* ag = new ConcreteAggregate(10);Iterator* it = ag->CreateIntertor();for (it; !it->isDone(); it->next())cout << it->current() << endl;delete it;delete ag;system("pause");return 0; }
作为迭代器,最好设置为模板类吧
#include <iostream> #include <string>using namespace std;template<typename T> class Iterator { public:virtual void first() = 0;virtual void next() = 0;virtual bool isDone() const= 0;virtual T& current() = 0;virtual ~Iterator(){} };template<typename T> class Aggregate { public:virtual Iterator<T>* CreateIntertor() = 0;virtual int getSize() = 0;virtual T& getItem(int index) = 0;virtual ~Aggregate(){} };template<typename T> class ConcreteIterator :public Iterator<T> { private:Aggregate<T>* _ag;int _idx; public:ConcreteIterator(Aggregate<T>* ag){_ag = ag;_idx = 0;}virtual void first(){_idx = 0;}virtual void next(){if (_idx<_ag->getSize())_idx++;}virtual bool isDone() const{return _idx == _ag->getSize();}virtual T& current(){return _ag->getItem(_idx);} };template<typename T> class ConcreteAggregate :public Aggregate<T> { private:T *Object;int size; public:ConcreteAggregate(int size){Object = (T *)malloc(size*sizeof(T));for (int i = 0; i < size; i++)Object[i] = 65+i;this->size = size;}virtual Iterator<T>* CreateIntertor(){return new ConcreteIterator<T>(this);}virtual int getSize(){return this->size;}virtual T& getItem(int index){return this->Object[index];}~ConcreteAggregate(){delete Object;} };int main() {Aggregate<char>* ag = new ConcreteAggregate<char>(10);Iterator<char>* it = ag->CreateIntertor();for (it; !it->isDone(); it->next())cout << it->current() << endl;delete it;delete ag;system("pause");return 0; }