17 行为型模式-----迭代器模式

模式动机(Iterator Pattern)：对于聚合类的对象进行访问时，比如list，queue等，我们总希望有一个统一的访问接口，或者实现对多个聚合类对象的统一访问，或者实现对一个聚合类的多种不同访问方式，此时迭代器模式可以满足我们的这种需求。

　　迭代器就是在不暴露聚合类对象内部结构的前提下，对外提供了一种访问该对象的方法。 

　　一般而言，一个迭代器是和一个聚合类紧密相连的。如何实现只允许迭代器访问聚合类的内部数据而避免其他类访问呢？这里需要借助于C++中的友元类，令迭代器类为聚合类　　的友元类即可实现这个目标。

 

具体迭代器实现时有如下问题需要考虑：

1》 迭代遍历过程由迭代器控制还是由用户控制

若由用户控制时，这种迭代器称为外部迭代器。此时，客户必须负责向前推进遍历过程，显式地向迭代器请求下一个元素；若由迭代器控制，则称为内部迭代器。此时，迭代器会自动对聚合对象中的每个元素执行客户指定的操作。

大多数情况下，外部迭代器比内部迭代器更加灵活，可适应多个不同类型的聚合类对象，且扩展更容易。

 

2》 遍历算法是由迭代器定义还是由聚合类本身定义

若迭代器负责遍历算法，那么很容易在相同的聚合类上使用不同的迭代算法，同时也易于在不同的聚合类上使用同一迭代算法；若聚合类本身定义迭代算法，那么迭代器只负责存储遍历的当前状态，相当于一个指向当前状态的指针，因此我们称这种迭代器为游标（cursor）。

为了扩展迭代器的通用性，我们经常使用多态迭代器类型，即同时拥有一个抽象迭代器接口和具体迭代器实现类。对于不同类型的聚合对象，可以使用不同类型的迭代器实现类，这样就需要用工厂模式来分配迭代器对象。此时又有一个问题，分配的迭代器是谁来负责删除。如果由用户负责，可能造成内存泄漏，因为程序可能很复杂而忘记delete，或者在delete之前程序发生了异常。那么如何解决呢？

方法就是使用代理模式在栈上分配一个迭代器代理，由该代理负责删除堆上分配的空间。这样当程序结束时，所有分配的空间都会得到释放。要定义这种迭代器代理，必须实现如下操作：

1>  支持解引用操作 *

2>  赋值操作 =

3>  ->操作

4>  比较操作，如!= / ==

5>  自增操作 ++

为了代码的简洁性，我们只重载了 -> 操作，另外需要将复制构造函数和赋值操作运算符声明为private，这样既可以防止多次delete同一对象，又可以防止编译器提供的默认实现。

 

模式结构图：

 

模式代码：

bt_迭代模式.h：

#ifndef IP_H
#define IP_H
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

/*
    抽象迭代器
*/
class Iterator
{
public:
    virtual ~Iterator(){ }
    virtual void First() = 0;
    virtual void Next() = 0;
    virtual bool IsDone() = 0;
    virtual char CurrentItem() = 0;
};

/*
    抽象聚合类
*/
class Aggregate
{
public:
    virtual ~Aggregate(){ }
    virtual Iterator* CreateIterator() = 0;
    virtual int Count() const = 0;
    virtual char Get(int index) const = 0;
};


/*
    具体迭代器
*/
class ConcreteIterator : public Iterator
{
public:
    ConcreteIterator(const Aggregate* a) : aggregate(a), currentIndex(0){ }
    virtual void First(){ currentIndex = 0; }
    virtual void Next(){ currentIndex++; }
    virtual bool IsDone(){ return currentIndex >= aggregate->Count(); }
    virtual char CurrentItem()
    {
        if(IsDone())
        {
            cout << "已遍历完毕" << endl;
            return 0;
        }
        else
            return aggregate->Get(currentIndex);
    }

private:
    const Aggregate* aggregate;
    int currentIndex;
};

/*
    具体聚合类
*/
class ConcreteAggregate : public Aggregate
{
public:
    ConcreteAggregate(string str){ name = str; }
    virtual Iterator* CreateIterator()
67     {
68         return new ConcreteIterator(this);
69     }
    virtual int Count() const{ return name.size(); }
    virtual char Get(int index) const{ return name.at(index); };

private:
    string name;
};

#endif // IP_H

 

测试用例.cpp:

#include "bt_迭代器模式.h"
int main()
{
    cout << "***** 迭代器模式测试 *****" << endl;
    string name("benxintuzi");
    Aggregate* aggregate = new ConcreteAggregate(name);
    Iterator* iter = new ConcreteIterator(aggregate);
    for(iter->First(); !iter->IsDone(); iter->Next())
        cout << iter->CurrentItem() << endl;

    delete iter;
    delete aggregate;

    return 0;
}

 

模式扩展：

将迭代器模式进行扩展，使得可以通过迭代器代理自己释放分配的内存，而不是依赖客户的手动操作。定义代理类如下：

// ...

class IteratorPtr   /* 迭代器的代理类 */
{
public:
    IteratorPtr(Iterator* it) : iter(it){ }
    ~IteratorPtr(){ delete iter; }                 // 删除堆上的迭代器
    Iterator* operator->(){ return iter; }

private:
    IteratorPtr(const IteratorPtr&);
    IteratorPtr& operator=(const IteratorPtr&);

private:
    Iterator* iter;
};

// ...

int main()
{
    cout << "***** 迭代器代理模式测试 *****" << endl;
    string name("benxintuzi");
    Aggregate* aggregate = new ConcreteAggregate(name);
    IteratorPtr iterPtr(aggregate->CreateIterator());　　　　　　　　// 对迭代器进行包装，并且代理类指定在栈上，程序结束后代理类对象自动回收
    for(iterPtr->First(); !iterPtr->IsDone(); iterPtr->Next())
        cout << (iterPtr->CurrentItem()) << endl;

    return 0;
}

 

模式总结：

：： 支持以不同的方式遍历一个聚合类，只需定义抽象迭代器的具体实现类即可更改遍历方法。

：： 迭代器模式简化了聚合类的接口，使得聚合类本身不必再维护如何遍历的代价了。

：： 在同一个聚合类上，通过不同的迭代器实例可以同时执行多个遍历操作，互不影响。