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2006.7.12 李建忠

集合内部结构与外部访问

动机（Motivation）

在软件构建过程中，集合对象内部结构常常变化各异。但对于这些集合对象，我们希望在不暴露其内部结构的同时，可以让外部客户代码透明地访问其中包含的元素；同时这种“透明遍历”也为“同一种算法在多种集合对象上进行操作”提供了可能。

使用面向对象技术将这种遍历机制抽象为“迭代器对象”为“应对变化中的集合对象”提供了一种优雅的方式。

意图（Intent）

提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露该对象的内部表示。

——《设计模式》GoF

例说Iterator应用

下面是迭代器所拥有的最小集合，Current是属性，只能Get不能Set。还有两个方法：MoveNext是往下一个元素走，如果访问到最后一个元素之后没有元素了，就返回False；Reset是复位，回到初始位置。

如果有一个容器实现了IEnumerable接口，它就可以支持我们的迭代操作了。

这种设计模式已经内化为C#语言的一种元素了，就是Foreach关键字。

我们定义的容器首先要实现IEnumerable接口，实现的GetEnumerator方法要返回一个IEnumerator的类型的集合。

Foreach的工作机制

遍历代码中访问的全部是接口，而不用关心集合的内部结构。上面的代码等同于下面的Foreach。

MyEnumerator集合类可以写成private私有的，外部不可以访问，只暴露接口给外部访问。

结构（Structure）

Aggregate表示集合结构接口，对应例子中的IEnumerable，Iterator表示迭代器接口，对应IEnumerator。First()方法对应Reset()，Next()和IsDone对应MoveNext()，CurrentItem()对应Current属性。Aggregate和Iterator的具体实现都只依赖于接口，而不依赖于具体实现，这样就把两者之间的耦合降低到最小。

Iterator模式的几个要点

迭代抽象：访问一个聚合对象的内容而无需暴露它的内部表示。

迭代多态：为遍历不同的集合结构提供一个统一的接口，从而支持同样的算法在不同的集合结构上进行操作。

例如假设我们有一个求和算法

它可以操作在多个支持迭代器的集合上，如果把这个算法写成ArrayList的话，就会非常受限制。同时我们更可以用C#的Foreach语句来写。

我们的算法应该是独立的，写的时候应该尽量操作接口，这样我们写好一个算法，就能应对N种集合的变化，使得同样的算法能在不同的集合上操作。

迭代器的健壮性考虑：遍历的同时更改迭代器所在的集合结构，会导致问题。

也就是说，我们在迭代的时候，应该只是读取操作，不能更改容器的接口，例如遍历的时候删除一个元素，这样是不可以的。容器的结构师绝对不能碰的，一旦结构更改，遍历就会出问题。

下面这种情况对i进行更改，是不会影响原来的数组内容的，因为i是int类型，它只是一份拷贝。

我们一定要给用户提供尽量纯只读的迭代。保证每个元素被且只被遍历一次。

.NET 2.0中的Iterator

yield return关键字能够支持迭代的简化，动态生成迭代的类型。如果反编译的话，能看见.NET内部能够帮助我们构造一个之前我们写的类，实现相应方法。虽然实现层面有所不同，但还是遵循了整体的迭代器定义的接口。能够支持迭代的。

目前我们讨论的迭代器游标都是往前走的，但我们也可以扩充方法，让游标可以往回走，也可以设定游标的步长等等。

2010.10.17

MSDN 网络广播 李建忠 2013-08-22 08:51:09