概述
在面向對象的軟件設計中，我們經常會遇到一類集合對象，這類集合對象的內部結構可能有著各種各樣的實現，但是歸結起來，無非有兩點是需要我們去關心的：一是集合內部的數據存儲結構，二是遍歷集合內部的數據。面向對象設計原則中有一條是類的單一職責原則，所以我們要盡可能的去分解這些職責，用不同的類去承擔不同的職責。Iterator模式就是分離了集合對象的遍歷行為，抽象出一個迭代器類來負責，這樣既可以做到不暴露集合的內部結構，又可讓外部代碼透明的訪問集合內部的數據。
意圖
提供一種方法順序訪問一個聚合對象中各個元素, 而又不需暴露該對象的內部表示。[GOF 《設計模式》]
結構圖
Iterator
模式結構圖如下：
圖1 Iterator模式結構圖
生活中的例子
迭代器提供一種方法順序訪問一個集合對象中各個元素，而又不需要暴露該對象的內部表示。在早期的電視機中，一個撥盤用來改變頻道。當改變頻道時，需要手工轉動撥盤移過每一個頻道，而不論這個頻道是否有信號。現在的電視機，使用[后一個]和[前一個]按鈕。當按下[后一個]按鈕時，將切換到下一個預置的頻道。想象一下在陌生的城市中的旅店中看電視。當改變頻道時，重要的不是幾頻道，而是節目內容。如果對一個頻道的節目不感興趣，那么可以換下一個頻道，而不需要知道它是幾頻道。
圖2 使用選頻器做例子的Iterator模式對象圖
Iterator
模式解說
在面向對象的軟件設計中，我們經常會遇到一類集合對象，這類集合對象的內部結構可能有著各種各樣的實現，但是歸結起來，無非有兩點是需要我們去關心的：一是集合內部的數據存儲結構，二是遍歷集合內部的數據。面向對象設計原則中有一條是類的單一職責原則，所以我們要盡可能的去分解這些職責，用不同的類去承擔不同的職責。Iterator模式就是分離了集合對象的遍歷行為，抽象出一個迭代器類來負責，這樣既可以做到不暴露集合的內部結構，又可讓外部代碼透明的訪問集合內部的數據。下面看一個簡單的示意性例子，類結構圖如下：
圖3 示例代碼結構圖
首先有一個抽象的聚集，所謂的聚集就是就是數據的集合，可以循環去訪問它。它只有一個方法GetIterator()讓子類去實現，用來獲得一個迭代器對象。
///
<summary>
///
抽象聚集
///
</summary>
public
interface
IList
{
IIteratorGetIterator();
}
抽象的迭代器，它是用來訪問聚集的類，封裝了一些方法，用來把聚集中的數據按順序讀取出來。通常會有MoveNext()、CurrentItem()、Fisrt()、Next()等幾個方法讓子類去實現。
///
<summary>
///
抽象迭代器
///
</summary>
public
interface
IIterator
{
bool
MoveNext();
ObjectCurrentItem();
void
First();
void
Next();
}
具體的聚集，它實現了抽象聚集中的唯一的方法，同時在里面保存了一組數據，這里我們加上Length屬性和GetElement()方法是為了便于訪問聚集中的數據。
///
<summary>
///
具體聚集
///
</summary>
public
class
ConcreteList:IList
{
int
[]list;
public
ConcreteList()
{
list
=
new
int
[]
{
1
,
2
,
3
,
4
,
5
}
;
}
public
IIteratorGetIterator()
{
return
new
ConcreteIterator(
this
);
}
public
int
Length
{
get
{
return
list.Length;}
}
public
int
GetElement(
int
index)
{
return
list[index];
}
}
具體迭代器，實現了抽象迭代器中的四個方法，在它的構造函數中需要接受一個具體聚集類型的參數，在這里面我們可以根據實際的情況去編寫不同的迭代方式。
///
<summary>
///
具體迭代器
///
</summary>
public
class
ConcreteIterator:IIterator
{
private
ConcreteListlist;
private
int
index;
public
ConcreteIterator(ConcreteListlist)
{
this
.list
=
list;
index
=
0
;
}
public
bool
MoveNext()
{
if
(index
<
list.Length)
return
true
;
else
return
false
;
}
public
ObjectCurrentItem()
{
return
list.GetElement(index);
}
public
void
First()
{
index
=
0
;
}
public
void
Next()
{
if
(index
<
list.Length)
{
index
++
;
}
}
}
簡單的客戶端程序調用：
///
<summary>
///
客戶端程序
///
</summary>
class
Program
{
static
void
Main(
string
[]args)
{
IIteratoriterator;
IListlist
=
new
ConcreteList();
iterator
=
list.GetIterator();
while
(iterator.MoveNext())
{
int
i
=
(
int
)iterator.CurrentItem();
Console.WriteLine(i.ToString());
iterator.Next();
}
Console.Read();
}
}
一個簡單的迭代器示例就結束了，這里我們并沒有利用任何的.NET特性，在C#中，實現Iterator模式已經不需要這么麻煩了，已經C#語言本身就有一些特定的實現，下面會說到。
.NET
中的Iterator模式
在.NET下實現Iterator模式，對于聚集接口和迭代器接口已經存在了，其中IEnumerator扮演的就是迭代器的角色，它的實現如下：
public
interface
IEumerator
{
object
Current
{
get
;
}
bool
MoveNext();
void
Reset();
}
屬性Current返回當前集合中的元素，Reset()方法恢復初始化指向的位置，MoveNext()方法返回值true表示迭代器成功前進到集合中的下一個元素，返回值false表示已經位于集合的末尾。能夠提供元素遍歷的集合對象，在.Net中都實現了IEnumerator接口。
IEnumerable
則扮演的就是抽象聚集的角色，只有一個GetEnumerator()方法，如果集合對象需要具備跌代遍歷的功能，就必須實現該接口。
public
interface
IEnumerable
{
IEumeratorGetEnumerator();
}
下面看一個在
.NET1.1
下的迭代器例子，Person類是一個可枚舉的類。PersonsEnumerator類是一個枚舉器類。這個例子來自于
http://www.theserverside.net/
，被我簡單的改造了一下。
public
class
Persons:IEnumerable
{
public
string
[]m_Names;
public
Persons(
params
string
[]Names)
{
m_Names
=
new
string
[Names.Length];
Names.CopyTo(m_Names,
0
);
}
private
string
this
[
int
index]
{
get
{
return
m_Names[index];
}
set
{
m_Names[index]
=
value;
}
}
public
IEnumeratorGetEnumerator()
{
return
new
PersonsEnumerator(
this
);
}
}
public
class
PersonsEnumerator:IEnumerator
{
private
int
index
=
-
1
;
private
PersonsP;
public
PersonsEnumerator(PersonsP)
{
this
.P
=
P;
}
public
bool
MoveNext()
{
index
++
;
return
index
<
P.m_Names.Length;
}
public
void
Reset()
{
index
=
-
1
;
}
public
object
Current
{
get
{
return
P.m_Names[index];
}
}
}
來看客戶端代碼的調用：
class
Program
{
static
void
Main(
string
[]args)
{
PersonsarrPersons
=
new
Persons(
"
Michel
"
,
"
Christine
"
,
"
Mathieu
"
,
"
Julien
"
);
foreach
(
string
s
in
arrPersons)
{
Console.WriteLine(s);
}
Console.ReadLine();
}
}
程序將輸出：
Michel
Christine
Mathieu
Julien
現在我們分析編譯器在執行foreach語句時到底做了什么，它執行的代碼大致如下：
class
Program
{
static
void
Main(
string
[]args)
{
PersonsarrPersons
=
new
Persons(
"
Michel
"
,
"
Christine
"
,
"
Mathieu
"
,
"
Julien
"
);
IEnumeratore
=
arrPersons.GetEnumerator();
while
(e.MoveNext())
{
Console.WriteLine((
string
)e.Current);
}
Console.ReadLine();
}
}
可以看到這段代碼跟我們最前面提到的示例代碼非常的相似。同時在這個例子中，我們把大部分的精力都花在了實現迭代器和可迭代的類上面，在.NET2.0下面，由于有了yield return關鍵字，實現起來將更加的簡單優雅。下面我們把剛才的例子在2.0下重新實現一遍：
public
class
Persons:IEnumerable
{
string
[]m_Names;
public
Persons(
params
string
[]Names)
{
m_Names
=
new
string
[Names.Length];
Names.CopyTo(m_Names,
0
);
}
public
IEnumeratorGetEnumerator()
{
foreach
(
string
s
in
m_Names)
{
yield
return
s;
}
}
}
class
Program
{
static
void
Main(
string
[]args)
{
PersonsarrPersons
=
new
Persons(
"
Michel
"
,
"
Christine
"
,
"
Mathieu
"
,
"
Julien
"
);
foreach
(
string
s
in
arrPersons)
{
Console.WriteLine(s);
}
Console.ReadLine();
}
}
程序將輸出：
Michel
Christine
Mathieu
Julien
實現相同的功能，由于有了yield return關鍵字，變得非常的簡單。好了，關于.NET中的Iterator模式就說這么多了，更詳細的內容大家可以參考相關的資料。
效果及實現要點
1
．迭代抽象：訪問一個聚合對象的內容而無需暴露它的內部表示。
2
．迭代多態：為遍歷不同的集合結構提供一個統一的接口，從而支持同樣的算法在不同的集合結構上進行操作。
3
．迭代器的健壯性考慮：遍歷的同時更改迭代器所在的集合結構，會導致問題。
適用性
1
．訪問一個聚合對象的內容而無需暴露它的內部表示。
2
．支持對聚合對象的多種遍歷。
3
．為遍歷不同的聚合結構提供一個統一的接口(即, 支持多態迭代)。
總結
Iterator
模式就是分離了集合對象的遍歷行為，抽象出一個迭代器類來負責，這樣既可以做到不暴露集合的內部結構，又可讓外部代碼透明的訪問集合內部的數據。
參考資料
Erich Gamma
等，《設計模式：可復用面向對象軟件的基礎》，機械工業出版社
Robert C.Martin
，《敏捷軟件開發：原則、模式與實踐》，清華大學出版社
閻宏，《Java與模式》，電子工業出版社
Alan Shalloway James R. Trott
，《Design Patterns Explained》，中國電力出版社
MSDN WebCast
《C#面向對象設計模式縱橫談(18)：Iterator 迭代器模式(行為型模式)》
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