精读《设计模式 - Iterator 迭代器模式》

作者: 图恩分类: 编程开发阅读: 454发布时间： 2021-08-21 18:35:42

Iterator（迭代器模式）

Iterator（迭代器模式）属于行为型模式。

意图：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不需要暴露该对象的内部表示。

这种设计模式要解决的根本问题是，聚合的种类有很多，比如对象、链表、数组、甚至自定义结构，但遍历这些结构时，不同结构的遍历方式又不同，所以我们必须了解每种结构的内部定义才能遍历。

比如数组我们可以利用 length + for 循环，对象我们可以 Object.keys，链表比较麻烦，需要内部暴露出元素的 next 以操作指向下一个元素。

迭代器模式可以做到用同一种 API 遍历任意类型聚合对象，且不用关心聚合对象的内部结构。

这种模式和 Array.from 有点像，但其实真正的迭代器在 JS 里是 obj[Symbol.iterator]()，也就是一个对象实现了 [Symbol.interator]，就认为是可遍历的。

举例子

如果看不懂上面的意图介绍，没有关系，设计模式需要在日常工作里用起来，结合例子可以加深你的理解，下面我准备了三个例子，让你体会什么场景下会用到这种设计模式。

迭代器的例子非常简单，我们平时工作中有大量使用到。

generator

generator 天生为迭代器的 API：

function* func () {
  yield 'a';
  yield 'b';
  return 'c';
}

var run = func();
run.next() // {value: "a", done: false}
run.next() // {value: "b", done: false}
run.next() // {value: "c", done: true}

我们无需关心 generator 内部是何种存储结构，只需要调用 .next()，并根据返回的 done 来判断是否遍历完即可。在 generator 的场景中，迭代器不仅用来遍历聚合，还用于执行代码。

数组迭代器

我们可以用迭代器的方式遍历数组：

const arr = [1, 2, 3]
const run = arr[Symbol.iterator]()

run.next() // {value: 1, done: false}
run.next() // {value: 2, done: false}
run.next() // {value: 2, done: false}
run.next() // {value: undefined, done: true}

可能有人觉得这是画蛇添足，因为毕竟遍历数组用 for 循环更方便，但这就是设计模式与非设计模式思维的区别，重要的不是用熟悉简单的 API 快速满足需求，设计模式关注的是如何统一、抽象、低耦合的编码。

Map 迭代器

Map 对象也可以用迭代器方式遍历：

const citys = new Map([['北京', 1], ['上海', 2], ['杭州', 3]])
const run = citys.entries()

run.next() // {value: ['北京', 1], done: false}
run.next() // {value: ['上海', 2], done: false}
run.next() // {value: ['杭州', 3], done: false}
run.next() // {value: undefined, done: true}

意图解释

从上面的例子可以看出，虽然用迭代器遍历数组看上去比 for 循环麻烦一点，但当我们把所有聚合类型放到一起看时，可以发现只有迭代器的 API 是最统一的，是唯一一个不需要关心聚合类型就可以完成遍历的方案。

意图：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不需要暴露该对象的内部表示。

再来看意图，就非常好理解了，我们无需关心数组、generator、Map 内部是如何存储的，就可以进行遍历。实际上，深究 generator 内部的存储结构也没有意义，如果我们不用迭代器进行遍历，那么对于复杂结构的遍历成本是非常高的。

结构图

Aggregate: 聚合，需要定义创建迭代器的接口。比如前端规范的 [Symbol.iterator]()，或者这里定义的 CreateIterator()。
Iterator: 迭代器，定义了访问与遍历的 API。

迭代器的定义很简单，实现时要考虑的因素可不少，包括：

健壮性。即迭代过程中增加、删除元素后，还能正常遍历。或者遍历空聚合时也要能正常工作。
外部控制迭代还是内部。即类似 KOA 由插件调用 next() 控制迭代，还是由外层统一控制迭代。
如何定义遍历算法。即便对于对象这种简单场景，也存在深度优先和广度优先、冒泡与捕获这几种遍历顺序，迭代器可以提供选择或者拓展的方式，自定义遍历算法。

代码例子

下面例子使用 typescript 编写。

// 定义聚合接口
interface Aggregate{
  getIterator: () => Iterator
}

// 定义迭代器接口
interface Iterator {
  // 指向下一个
  next: () => void
}

// 定义一个聚合
class List implements Aggregate {
  // 存储元素
  public values: string[]

  // 游标
  public index: number

  getIterator() {
    return new ConcreteIterator(this);
  }
}

// List 的迭代器
class ConcreteIterator implements Iterator {
  constructor(list: List) {
    this.list = list
  }

  next() {
    return this.list.values[this.list.index] // 注意边界情况，这里就不展开
    this.list.index++
  }
}

弊端

如果你只是遍历数组，直接用 for 循环会比迭代器方便很多，没必要为了用设计模式而用设计模式。迭代器仅在以下情况可以考虑用于数组：

这个数组比较特殊，是 N 维数组，需要一次性遍历完，那么可以用迭代器。
同时遍历数组和其他类型的聚合，则不论数组还是其他聚合，都用相同的迭代器模式遍历最好。

总结

迭代器模式比较好理解，这里补充几个相关设计模式：

迭代器可以和组合模式配合，在组合结构内进行递归，这样一个迭代器就可以遍历完所有组合。
可以用工厂模式 + 多态模式，实例化不同的迭代器的实例。
迭代器模式还可以与备忘录模式配合使用，当我们要还原迭代器状态时，适合在迭代器内部使用备忘录模式进行状态存储。

讨论地址是：精读《设计模式 - Iterator 迭代器模式》· Issue #298 · dt-fe/weekly

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