设计模式之迭代器模式

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大家用的最频繁的设计模式之一。

本文首发于公众号:天空的代码世界,微信号:tiankonguse

一、背景

之前在分享《【团队分享】GO map 源码实现》的时候,介绍了 map 的迭代器实现。

其实,这背后涉及到一种设计模式:迭代器模式。

设计模式的书籍和文章很多,这里不过多介绍设计模式的概念,而介绍一些使用场景。

二、日常使用

先来看一段代码。

for k,v := range m {
  ...
}

相信对于 go 语言,大家平常写代码的时候,经常写上面的语法。

而对于 cpp 语言,则会写下面的代码

for(auto it = m.begin(); it != m.end(); ++it) {

}

其他语言也都有类似的语法。

不同语言看起来有一些细微差异,但是这些语言底层的实现方式都差不多的。

都是遵循迭代器设计模式带来的一个好处,语法变得简洁多了。

三、场景

迭代器模式的优点是,我们不需要理解容器的具体实现,就可以按照某种方法,遍历这个容器的所有元素。

容器可能很抽象,在 java 里叫做集合。
简单的容器有数组、链表、队列、栈等。
复杂的容器有 hash 表、二叉树、红黑树等。

各种类型的集合

不管容器是什么数据结构,我们都不需要关心,迭代器会去封装好细节。

我们只需要创建迭代器,然后不断的获取下个值即可。

这时候你可能会想,直接把迭代器放在对应的容器里实现就好了。

这样做正常情况下没问题,但是当需要同一时间多次使用迭代器时就有问题。
因为迭代器迭代过程中需要保存一个状态,在容器内储存状态的话,就没法多次迭代了。

所以,各种语言自带的迭代器都会封装一个独立的迭代器类。

列表与迭代器

有时候,我们希望根据迭代器的自身的性质,选择不同的方式来迭代容器。

比如对于二叉树容器,我们可能希望采用深度优先便利,也可能希望采用广度优先便利。

这时候,容器的遍历方式就是随着诉求的变化而变化了。

二叉树的不同遍历方式

而从面向对象的角度,有时候可能会有不同的容器,但是我们不关心这个容器的实现方式。

此时就需要使用抽象迭代器与多态实现了。

列表多态与迭代器

四、理论

容器可能是变化的,遍历算法可能是变化的,两个抽象一下,我们就可以设计出一种迭代器模型了。

迭代器设计模式

这个图看着比较抽象。

实际各语言的内部容器实现上,由于只有一种遍历算法与一个容器实现方式,所以都进行了适当的简化,去掉了多态。

但是,如果我们做项目设计的时候,涉及多种算法或者多种容器,就需要考虑引入多态了。

五、最后

那我们什么时候需要使用迭代器,什么不应该使用迭代器模式呢?

如果数据结构或者遍历算法比较复杂时,需要拆分为容器集合类与迭代类,这属于单一职责原则。

如果后续容器集合要更换数据结构,或者迭代算法要更换时,创建一个新的具体类即可,这样就不需要修改现有的代码。

另外,由于迭代器时单独的对象,遍历的状态与数据结构无关,所以我们同一时间可以创建多个迭代器。

而项目处于初期,容器非常简单时,比如数组,那可以暂时不要引入迭代器模式,以防过度设计。

《完》

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