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迭代器模式C++

news 2025/8/16 8:50:12

迭代器模式（Iterator Pattern）是一种行为型设计模式，它提供了一种顺序访问聚合对象元素的方法，而无需暴露聚合对象的内部表示。这种模式将遍历逻辑与聚合对象分离，使遍历操作可以独立于聚合结构变化。

迭代器模式的核心角色

Iterator（迭代器接口）：定义遍历元素的接口（如hasNext()、next()）
ConcreteIterator（具体迭代器）：实现迭代器接口，负责具体的遍历逻辑
Aggregate（聚合接口）：定义创建迭代器的接口（如createIterator()）
ConcreteAggregate（具体聚合）：实现聚合接口，返回具体迭代器实例

C++实现示例

以下实现一个自定义集合类，并使用迭代器模式实现对集合元素的遍历：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <memory>// 前向声明
template <typename T>
class Iterator;// 聚合接口
template <typename T>
class Aggregate {
public:virtual ~Aggregate() = default;virtual std::unique_ptr<Iterator<T>> createIterator() = 0;virtual size_t size() const = 0;virtual T& operator[](size_t index) = 0;virtual const T& operator[](size_t index) const = 0;
};// 迭代器接口
template <typename T>
class Iterator {
public:virtual ~Iterator() = default;virtual bool hasNext() const = 0;virtual T& next() = 0;virtual T& current() const = 0;
};// 具体聚合：自定义集合
template <typename T>
class CustomCollection : public Aggregate<T> {
private:std::vector<T> items;public:void add(const T& item) {items.push_back(item);}void remove(size_t index) {if (index < items.size()) {items.erase(items.begin() + index);}}size_t size() const override {return items.size();}T& operator[](size_t index) override {return items[index];}const T& operator[](size_t index) const override {return items[index];}// 创建迭代器std::unique_ptr<Iterator<T>> createIterator() override;
};// 具体迭代器：自定义集合迭代器
template <typename T>
class CustomIterator : public Iterator<T> {
private:CustomCollection<T>& collection;size_t currentIndex;public:CustomIterator(CustomCollection<T>& coll) : collection(coll), currentIndex(0) {}bool hasNext() const override {return currentIndex < collection.size();}T& next() override {if (hasNext()) {return collection[currentIndex++];}throw std::out_of_range("迭代器已到达末尾");}T& current() const override {if (currentIndex < collection.size()) {return collection[currentIndex];}throw std::out_of_range("迭代器已到达末尾");}
};// 实现createIterator方法
template <typename T>
std::unique_ptr<Iterator<T>> CustomCollection<T>::createIterator() {return std::make_unique<CustomIterator<T>>(*this);
}// 反向迭代器（额外实现，展示不同的遍历方式）
template <typename T>
class ReverseIterator : public Iterator<T> {
private:CustomCollection<T>& collection;int currentIndex;public:ReverseIterator(CustomCollection<T>& coll) : collection(coll) {currentIndex = coll.size() - 1;}bool hasNext() const override {return currentIndex >= 0;}T& next() override {if (hasNext()) {return collection[currentIndex--];}throw std::out_of_range("迭代器已到达开头");}T& current() const override {if (currentIndex >= 0) {return collection[currentIndex];}throw std::out_of_range("迭代器已到达开头");}
};// 为CustomCollection添加反向迭代器创建方法
template <typename T>
std::unique_ptr<Iterator<T>> createReverseIterator(CustomCollection<T>& collection) {return std::make_unique<ReverseIterator<T>>(collection);
}// 客户端代码：使用迭代器遍历集合
template <typename T>
void iterateCollection(Iterator<T>& iterator, const std::string& traversalType) {std::cout << traversalType << "遍历: ";while (iterator.hasNext()) {std::cout << iterator.next() << " ";}std::cout << std::endl;
}int main() {// 创建字符串集合CustomCollection<std::string> stringCollection;stringCollection.add("苹果");stringCollection.add("香蕉");stringCollection.add("橙子");stringCollection.add("葡萄");// 获取正向迭代器并遍历auto forwardIt = stringCollection.createIterator();iterateCollection(*forwardIt, "正向");// 获取反向迭代器并遍历auto reverseIt = createReverseIterator(stringCollection);iterateCollection(*reverseIt, "反向");// 创建整数集合CustomCollection<int> intCollection;intCollection.add(10);intCollection.add(20);intCollection.add(30);intCollection.add(40);// 遍历整数集合auto intIt = intCollection.createIterator();iterateCollection(*intIt, "整数正向");return 0;
}

代码解析

迭代器接口（Iterator）：
- 定义了遍历元素的标准接口：hasNext()（是否有下一个元素）、next()（获取下一个元素）和current()（获取当前元素）
- 模板化设计使其可适用于不同类型的元素
聚合接口（Aggregate）：
- 定义了创建迭代器的接口createIterator()，以及集合的基本操作
- 具体聚合类需实现这些接口，提供集合的实际功能
具体实现：
- CustomCollection：基于std::vector实现的自定义集合，实现了聚合接口
- CustomIterator：正向迭代器，实现了从前往后的遍历逻辑
- ReverseIterator：反向迭代器，展示了不同的遍历方式，无需修改集合本身
客户端使用：
- 客户端通过迭代器接口遍历集合，无需了解集合的内部结构
- 可根据需要选择不同的迭代器（正向、反向），实现灵活的遍历方式