迭代器模式（Iterator Design Pattern）

迭代器模式（Iterator Pattern）是一种​​行为设计模式​​，用于提供一种统一的方法顺序访问聚合对象（如集合、列表、树等）中的元素，而无需暴露其底层数据结构。

迭代器模式，也叫游标模式。它用来遍历集合对象。这里说的“集合对象”，我们也可以叫“容器”“聚合对象”，实际上就是包含一组对象的对象，比如，数组、链表、树、图、跳表。

一个完整的迭代器模式，一般会涉及容器和容器迭代器两部分内容。为了达到基于接口而非实现编程的目的，容器又包含容器接口、容器实现类，迭代器又包含迭代器接口、迭代器实现类。容器中需要定义 iterator() 方法，用来创建迭代器。迭代器接口中需要定义 hasNext()、currentItem()、next() 三个最基本的方法。容器对象通过依赖注入传递到迭代器类中。

遍历集合一般有三种方式：for 循环、foreach 循环、迭代器遍历。后两种本质上属于一种，都可以看作迭代器遍历。相对于 for 循环遍历，利用迭代器来遍历有下面三个优势：

• 迭代器模式封装集合内部的复杂数据结构，开发者不需要了解如何遍历，直接使用容器提供的迭代器即可；

• 迭代器模式将集合对象的遍历操作从集合类中拆分出来，放到迭代器类中，让两者的职责更加单一；

• 迭代器模式让添加新的遍历算法更加容易，更符合开闭原则。除此之外，因为迭代器都实现自相同的接口，在开发中，基于接口而非实现编程，替换迭代器也变得更加容易。

以下从核心概念、结构、优缺点及应用场景等方面详细介绍：

🔍 一、核心概念

1. ​​目的​​
   通过迭代器对象封装遍历逻辑，实现​​数据存储与遍历的解耦​​。客户端只需通过迭代器接口访问元素，无需了解集合的内部结构。

2. ​​关键思想​​

   • ​​封装遍历过程​​：将复杂的遍历算法（如树的中序遍历）独立到迭代器中。

   • ​​统一访问接口​​：为不同类型集合（数组、链表等）提供一致的遍历方式。

🧱 二、模式结构（四大角色）

1. ​​迭代器接口（Iterator）​​
   定义遍历方法：hasNext()（判断是否有下一元素）、next()（获取下一元素）。
   例：支持Reset()重置游标或currentItem()获取当前元素。

2. ​​具体迭代器（Concrete Iterator）​​
   实现迭代器接口，维护遍历状态（如当前索引、游标），并关联具体聚合对象。
   例：链表迭代器通过指针移动实现next()，树迭代器用栈实现深度优先遍历。

3. ​​聚合接口（Aggregate）​​
   声明创建迭代器的方法，如createIterator()。

4. ​​具体聚合（Concrete Aggregate）​​
   实现聚合接口，管理内部数据集（如List或数组），并在createIterator()中返回匹配的迭代器实例。

⚖️ 三、优缺点分析

🛠️ 四、应用场景

1. ​​复杂数据结构遍历​​
   隐藏树、图等结构的遍历细节（如DFS/BFS），客户端统一调用next()。

2. ​​统一遍历异构集合​​
   对数组、链表、数据库结果集等提供一致的访问接口。

3. ​​需要多种遍历方式​​
   如音乐播放列表支持顺序播放、随机播放（不同迭代器实现不同算法）。

4. ​​隔离安全与封装​​
   保护集合内部状态（如线程安全集合的迭代器可加锁）。

💡 五、技术实现示例

namespace DesignPatternsPractice.Src.Behavioral.IteratorDesignPattern
{
    /// <summary>
    /// 迭代器模式 
    /// </summary>
    public class IteratorDesign
    {
        static void Main()
        {
            List<string> list = new List<String>
            {
                {"1"},{"2"},{"3"}
            };
            ArrayIterator<string> arrayIterator = new ArrayIterator<string>(list);
            while (arrayIterator.hasNext())
            {
                Console.WriteLine("遍历出的元素：" + arrayIterator.currentItem());
                arrayIterator.next();
            }
        }
    }


    /// <summary>
    /// 定义迭代器接口
    /// </summary>
    /// <typeparam name="E"></typeparam>
    public interface Iterator<E>
    {
        /// <summary>
        /// 是否可以继续遍历
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        bool hasNext();
        /// <summary>
        /// 游标+1
        /// </summary>
        void next();
        /// <summary>
        /// 返回游标所指的当前list 中对应的元素
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        E currentItem();
    }

    public class ArrayIterator<E> : Iterator<E>
    {
        private int cursor;
        private List<E> _arrayList;

        public ArrayIterator(List<E> arrayList)
        {
            cursor = 0;
            _arrayList = arrayList;
        }


        public E currentItem()
        {
            if (cursor >= _arrayList.Count())
            {
                throw new Exception("游标大小错误");
            }
            return _arrayList[cursor];
        }
        /// <summary>
        /// 能否继续遍历
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        /// <exception cref="NotImplementedException"></exception>
        public bool hasNext()
        {
            return cursor != _arrayList.Count();
        }

        public void next()
        {
            cursor++;
        }
    }
}

🌐 六、实际应用案例

• ​​集合框架​​：Java的Iterable/Iterator接口，C++ STL中的迭代器。

• ​​数据库查询​​：遍历结果集（如JDBC ResultSet）。

• ​​UI组件遍历​​：GUI框架中遍历窗口内的按钮、文本框等组件。

• ​​游戏开发​​：遍历场景中的实体对象（敌人、道具等）。

💎 总结

迭代器模式通过​​抽象遍历过程​​，解决了集合内部结构与客户端遍历逻辑的强耦合问题，是处理复杂数据结构的核心模式之一。其价值在需支持多种遍历方式或异构集合统一访问时尤为突出，但需权衡其在简单场景中的额外设计成本。