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迭代器模式（Iterator Pattern）

news 2025/5/6 9:32:24

🧠 什么是迭代器模式？

迭代器模式是一种行为型设计模式，允许我们在不暴露对象内部结构的情况下，通过一个统一的接口遍历集合中的元素。

🎯 为什么需要迭代器模式？

解耦集合与遍历机制：如果没有迭代器，我们在集合类中可能需要直接操作数据结构，而迭代器模式提供了一种机制，将数据的存储结构和数据的遍历逻辑解耦。
统一接口：提供一个标准接口（例如 next() 和 has_next()），可以统一访问不同集合类型（如列表、集合、字典等）。
简化代码：避免手动编写遍历逻辑，迭代器负责所有的状态管理，使得我们可以更加简洁地操作集合。

✅ 优缺点分析

✅ 优点	❌ 缺点
遍历代码统一，适用于不同类型的集合	需要额外的类（迭代器），增加代码量
简化集合类，实现遍历时不需要关注集合的内部实现	对于一些简单的集合，迭代器可能会显得过于复杂
允许顺序访问集合的元素，而不暴露内部结构	迭代器有时可能会造成性能瓶颈，尤其在处理非常大的集合时
支持遍历的暂停与恢复（通过状态管理）	不适合需要高效随机访问的场景

🧩 Python 实现：迭代器模式

假设我们有一个集合 BookCollection，用于管理书籍，并需要实现一个迭代器来遍历这些书籍。

🎯 1️⃣ 定义迭代器接口

from abc import ABC, abstractmethod# 迭代器接口：所有迭代器都需要实现的接口
class Iterator(ABC):@abstractmethoddef next(self):pass@abstractmethoddef has_next(self):pass

🎯 2️⃣ 具体集合类（BookCollection）

class BookCollection:def __init__(self):self.books = []  # 存储书籍的列表def add_book(self, book):self.books.append(book)def get_iterator(self):return BookIterator(self.books)

🎯 3️⃣ 具体迭代器类（BookIterator）

class BookIterator(Iterator):def __init__(self, books):self.books = books  # 书籍列表self.index = 0  # 初始索引为0def next(self):if self.has_next():book = self.books[self.index]self.index += 1return bookreturn Nonedef has_next(self):return self.index < len(self.books)

🎯 4️⃣ 客户端调用：使用迭代器遍历集合

# 创建一个书籍集合
book_collection = BookCollection()
book_collection.add_book("Python入门")
book_collection.add_book("设计模式")
book_collection.add_book("数据结构与算法")# 获取迭代器
iterator = book_collection.get_iterator()# 遍历集合
while iterator.has_next():print(f"书名: {iterator.next()}")

✅ 输出结果

书名: Python入门
书名: 设计模式
书名: 数据结构与算法

🧭 类图（Mermaid）

🧭 流程图（Mermaid）

🧠 应用场景总结

场景	示例
需要遍历多个不同类型的集合	统一遍历多个数据结构
不想暴露集合内部结构	例如，不想让用户访问 `List` 的索引
需要顺序访问集合元素	处理队列、栈、文件行等
支持集合元素的动态变化	支持动态生成的集合数据（如查询结果）