109、23种设计模式之迭代器模式（18/23）

一、定义

迭代器模式是一种行为型设计模式，它提供一种统一的方式遍历聚合对象（如集合、列表、树等）中的元素，同时不暴露聚合对象的内部实现细节。其核心是将 “遍历逻辑” 与 “聚合对象” 解耦，使客户端能以一致的代码操作不同类型的聚合，无需关心聚合的底层数据结构（如数组、链表、哈希表等）。

二、优缺点分析

优点

1、解耦遍历与聚合：客户端无需了解聚合的内部结构（如数组用索引、链表用指针），只需通过迭代器的通用方法遍历，降低代码耦合度。
2、统一遍历接口：不同聚合的遍历逻辑被封装在各自的迭代器中，客户端可通过相同代码操作不同聚合（如用同一方法遍历数组和链表）。
3、符合开闭原则：新增聚合类型时，只需实现对应的迭代器，无需修改现有客户端代码；也可新增迭代器实现多种遍历方式（如正序、逆序）。
4、单一职责原则：聚合仅负责存储数据，遍历逻辑交给迭代器，职责更清晰。

缺点

1、类数量增加：每种聚合通常需要对应一个迭代器，可能导致系统中类的数量增多。
2、遍历效率损耗：对简单聚合（如数组），直接通过索引遍历可能比迭代器更高效（但灵活性通常能弥补这一差异）。
3、迭代中修改聚合的风险：若遍历过程中增删聚合元素，可能导致迭代器状态混乱（需额外处理，如 C# 的InvalidOperationException）。

三、应用场景

1、需要统一遍历不同聚合：当系统中有多种聚合类型（如数组、链表、字典），且希望用相同代码遍历它们时（如框架中的集合类）。
2、不希望暴露聚合内部结构：当聚合的实现复杂（如树、图），需隐藏内部细节（如数据库查询结果集的遍历）。
3、需要多种遍历方式：同一聚合需支持正序、逆序、过滤等多种遍历逻辑（如双向迭代器、条件迭代器）。
4、框架或工具类开发：开发通用组件（如集合库、ORM 框架）时，迭代器是核心组件（如 C# 的IEnumerator）。

四、关键点总结

1、核心思想：将遍历逻辑从聚合中分离，通过迭代器封装遍历细节，实现 “遍历与聚合” 的解耦。
2、核心角色：

• 抽象迭代器（如IIterator）：定义遍历接口（HasNext、Next）。
• 具体迭代器（如BookshelfIterator）：实现具体聚合的遍历逻辑。
• 抽象聚合（如IAggregate）：定义创建迭代器的方法。
• 具体聚合（如Bookshelf）：存储元素并返回对应迭代器。

3、C# 特性：.NET 框架的IEnumerator和IEnumerable接口是迭代器模式的典型实现，foreach循环底层依赖这两个接口，简化了迭代器的使用。
4、设计原则：符合开闭原则（新增聚合 / 迭代器无需修改客户端）和单一职责原则（聚合与迭代器各司其职）。

五、C# 代码示例

以 “遍历两种图书集合（书架、电子书库）” 为例，演示迭代器模式的实现。

1、抽象迭代器（IIterator）

定义遍历的通用方法：

// 抽象迭代器接口
public interface IBookIterator
{bool HasNext(); // 判断是否有下一个元素Book Next();    // 获取下一个元素
}

2、抽象聚合（IAggregate）

定义创建迭代器的方法：

// 抽象聚合接口
public interface IBookAggregate
{void AddBook(Book book);       // 添加图书IBookIterator CreateIterator(); // 创建迭代器
}

3、聚合元素（Book）

聚合中存储的具体元素：

// 图书类（聚合中的元素）
public class Book
{public string Name { get; }    // 书名public string Author { get; }  // 作者public Book(string name, string author){Name = name;Author = author;}
}

4、具体聚合与迭代器

4.1、书架（数组实现）

// 具体聚合：书架（数组存储）
public class Bookshelf : IBookAggregate
{private Book[] _books; // 数组存储图书private int _count;    // 当前图书数量public Bookshelf(int capacity){_books = new Book[capacity];_count = 0;}public void AddBook(Book book){if (_count < _books.Length)_books[_count++] = book;elsethrow new InvalidOperationException("书架已满");}// 返回书架的迭代器public IBookIterator CreateIterator(){return new BookshelfIterator(this);}// 供迭代器访问内部元素的方法（隐藏数组细节）internal Book GetBookAt(int index) => _books[index];internal int GetCount() => _count;// 具体迭代器：适配数组遍历private class BookshelfIterator : IBookIterator{private readonly Bookshelf _bookshelf;private int _currentIndex; // 当前索引public BookshelfIterator(Bookshelf bookshelf){_bookshelf = bookshelf;_currentIndex = 0; // 从0开始}public bool HasNext() => _currentIndex < _bookshelf.GetCount();public Book Next(){if (!HasNext())throw new InvalidOperationException("没有更多图书");return _bookshelf.GetBookAt(_currentIndex++);}}
}

4.2、电子书库（链表实现）

// 具体聚合：电子书库（链表存储）
public class EBookLibrary : IBookAggregate
{// 链表节点private class Node{public Book Book { get; }public Node Next { get; set; }public Node(Book book){Book = book;Next = null;}}private Node _head; // 头节点private int _count; // 图书数量public EBookLibrary(){_head = null;_count = 0;}public void AddBook(Book book){Node newNode = new Node(book);if (_head == null)_head = newNode;else{Node current = _head;while (current.Next != null)current = current.Next;current.Next = newNode;}_count++;}// 返回电子书库的迭代器public IBookIterator CreateIterator(){return new EBookLibraryIterator(this);}// 供迭代器访问头节点internal Node GetHead() => _head;// 具体迭代器：适配链表遍历private class EBookLibraryIterator : IBookIterator{private readonly EBookLibrary _library;private Node _currentNode; // 当前节点public EBookLibraryIterator(EBookLibrary library){_library = library;_currentNode = _library.GetHead(); // 从头节点开始}public bool HasNext() => _currentNode != null;public Book Next(){if (!HasNext())throw new InvalidOperationException("没有更多电子书");Book book = _currentNode.Book;_currentNode = _currentNode.Next; // 移动到下一个节点return book;}}
}

5、客户端调用

class Client
{static void Main(string[] args){// 1. 书架（数组实现）IBookAggregate bookshelf = new Bookshelf(3);bookshelf.AddBook(new Book("《设计模式》", "Erich Gamma"));bookshelf.AddBook(new Book("《C#编程指南》", "微软"));bookshelf.AddBook(new Book("《算法导论》", "Thomas H. Cormen"));// 2. 电子书库（链表实现）IBookAggregate ebookLib = new EBookLibrary();ebookLib.AddBook(new Book("《深入理解C#》", "Jon Skeet"));ebookLib.AddBook(new Book("《.NET框架设计》", "Jeffrey Richter"));// 3. 统一遍历Console.WriteLine("=== 遍历书架 ===");TraverseBooks(bookshelf);Console.WriteLine("\n=== 遍历电子书库 ===");TraverseBooks(ebookLib);}// 通用遍历方法（依赖抽象，不依赖具体实现）static void TraverseBooks(IBookAggregate aggregate){IBookIterator iterator = aggregate.CreateIterator();while (iterator.HasNext()){Book book = iterator.Next();Console.WriteLine($"书名：{book.Name}，作者：{book.Author}");}}
}

输出结果

=== 遍历书架 ===
书名：《设计模式》，作者：Erich Gamma
书名：《C#编程指南》，作者：微软
书名：《算法导论》，作者：Thomas H. Cormen=== 遍历电子书库 ===
书名：《深入理解C#》，作者：Jon Skeet
书名：《.NET框架设计》，作者：Jeffrey Richter

迭代器模式通过封装遍历逻辑，让客户端可以忽略聚合的内部细节，是框架设计中简化集合操作的核心模式。